DE102011007358A1

DE102011007358A1 - Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie sowie Verfahren zum Betreiben einer derartigen Projektionsbelichtungsanlage

Info

Publication number: DE102011007358A1
Application number: DE201110007358
Authority: DE
Inventors: Ulrich Löring
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2011-04-14
Filing date: 2011-04-14
Publication date: 2012-06-06

Abstract

Ein Verfahren zum Betreiben einer Projektionsbelichtungsanlage (10) für die Mikrolithographie mit einem Projektionsobjektiv (24) umfasst die folgenden Schritte: Bestimmen einer durch Aberrationen des Projektionsobjektivs (24) bedingten Wellenfrontabweichung einer eingestrahlten Welle in einer Pupillenebene (28) des Projektionsobjektivs (24), Durchführen einer Polynomentwicklung der Wellenfrontabweichung und Bestimmen von sich daraus ergebenden Entwicklungskoeffzienten, wobei die Projektionsbelichtungsanlage (10) Manipulatoren (38a, 38b, 38c) zur Korrektur eines Teils der Entwicklungskoeffizienten umfasst und mindestens ein weiterer der Entwicklungskoeffizienten mittels der Manipulatoren (38a, 38b, 38c) zumindest nicht unabhängig von anderen Entwicklungskoeffizienten korrigierbar ist, Vorgeben einer mittels des Projektionsobjektivs (24) in eine Bildebene (34) abzubildenden Objektstruktur (44) und rechnerisches Bestimmen der Auswirkung der durch die Entwicklungskoeffizienten charakterisierten Aberrationen auf einen lateralen Bildlagefehler im Bild der Objektstruktur (44), sowie Anpassen der korrigierbaren Entwicklungskoeffizienten durch Betätigen der Manipulatoren (38a, 38b, 38c) derart, dass die Auswirkung der korrigierbaren Entwicklungskoeffizienten auf den lateralen Bildlagefehler der Auswirkung des nicht unabhängig korrigierbaren Entwicklungskoeffizienten auf den lateralen Bildlagefehler entgegenwirkt.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie sowie ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Projektionsbelichtungsanlage. Eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie dient der Erzeugung von Strukturen auf einem Halbleiterwafer bei der Herstellung von Halbleiter-Bauelementen.
Um eine Projektionsbelichtungsanlage wirtschaftlich zu betreiben, ist es wünschenswert, die Strukturen mit einer möglichst kurzen Belichtungszeit auf dem Wafer abzubilden, um damit einen möglichst hohen Durchsatz von belichteten Substraten in Gestalt von Halbleiterwafern zu erzielen. Daher werden hohe Strahlungsintensitäten zum Erzielen einer ausreichenden Belichtung jedes einzelnen der Substrate benötigt. Insbesondere bei Verwendung von Strahlung im ultravioletten oder extrem ultravioletten (EUV) Wellenlängenbereich kann der Einfluss intensiver Strahlung zu strahlungsinduzierten Veränderungen in den Eigenschaften der einzelnen optischen Elemente des Projektionsobjektivs der Projektionsbelichtungsanlage führen. Diese veränderten Eigenschaften bedingen Aberrationen im Projektionsobjektiv. Das Ausmaß dieser Aberrationen hängt von der Strahlungsdosis ab. Beispiele für Auswirkungen hoher Strahlungsintensität in einer Linse umfassen eine Temperaturänderung im Linsenmaterial und damit eine lokale Brechzahländerung und Oberflächendeformationen. Bei Verwendung von 193 nm Strahlung wird eine besonders starke Dichteveränderung in Quarzglas beobachtet. Derartige Effekte werden üblicherweise als Linsenaufheizungseffekte bezeichnet, die auch als sogenannte „Lens Heating”-Effekte bekannt sind.
Die durch die Linsenaufheizung erzeugen Aberrationen verändern das Abbildungsverhalten des Projektionsobjektivs in der Regel fortlaufend beim Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage. Die Aberrationen des Projektionsobjektivs können sich im auf dem Substrat erzeugten Bild anhand von unterschiedlichen lithographischen Fehlern äußern. Ein Beispiel für einen derartigen lithographischen Fehler ist eine lokale Bildlagenverschiebung gegenüber einer Solllage einer abgebildeten Objektstruktur auf dem Substrat, auch als sogenannter „Overlay”-Fehler bekannt.
Zugrunde liegende Aufgabe
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die vorgenannten Probleme zu lösen und insbesondere Veränderungen der lithographischen Abbildung beim Betrieb einer Projektionsbelichtungsanlage in engen Grenzen zu halten.
Erfindungsgemäße Lösung
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Betreiben einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit einem Projektionsobjektiv bereitgestellt. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die Schritte: Bestimmen einer durch Aberrationen des Projektionsobjektivs bedingten Wellenfrontabweichung einer eingestrahlten Welle in einer Pupillenebene des Projektionsobjektivs, Durchführen einer Polynomentwicklung der Wellenfrontabweichung und Bestimmen von sich daraus ergebenden Entwicklungskoeffizienten, wobei die Projektionsbelichtungsanlage Manipulatoren zur Korrektur eines Teils der Entwicklungskoeffizienten umfasst und mindestens ein weiterer der Entwicklungskoeffizienten mittels der Manipulatoren zumindest nicht unabhängig von anderen Entwicklungskoeffizienten korrigierbar ist. Weiterhin umfasst das erfindungsgemäße Verfahren die folgenden Schritte: Vorgeben einer mittels des Projektionsobjektivs in eine Bildebene abzubildenden Objektstruktur und rechnerisches Bestimmen der Auswirkung der durch die Entwicklungskoeffizienten charakterisierten Aberrationen auf einen Bildlagefehler im Bild der Objektstruktur, sowie Anpassen der korrigierbaren Entwicklungskoeffizienten durch Betätigen der Manipulatoren derart, dass die Auswirkung der korrigierbaren Entwicklungskoeffizienten auf den lateralen Bildlagefehler der Auswirkung des nicht unabhängig korrigierbaren Entwicklungskoeffizienten auf den lateralen Bildlagefehler entgegenwirkt.
Weiterhin wird erfindungsgemäß eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie bereitgestellt, welche umfasst: ein Projektionsobjektiv zum Abbilden von Maskenstrukturen in eine Bildebene, eine Wellenfrontmesseinrichtung zum Bestimmen einer durch Aberrationen des Projektionsobjektivs bedingten Wellenfrontabweichung einer eingestrahlten Welle in einer Pupillenebene des Projektionsobjektivs und eine Auswerteeinrichtung, welche dazu konfiguriert ist, eine Polynomentwicklung der Wellenfrontabweichung durchzuführen und sich daraus ergebende Entwicklungskoeffizienten zu bestimmen. Weiterhin umfasst die erfindungsgemäße Projektionsbelichtungsanlage Manipulatoren zur Korrektur eines Teils der Entwicklungskoeffizienten, wobei mindestens ein weiterer der Entwicklungskoeffizienten mittels der Manipulatoren zumindest nicht unabhängig von anderen Entwicklungskoeffizienten korrigierbar ist. Die Auswerteeinrichtung ist weiterhin dazu konfiguriert ist, für eine mittels des Projektionsobjektivs in die Bildebene abzubildende vorgegebene Objektstruktur die Auswirkung der durch die Entwicklungskoeffizienten charakterisierten Aberrationen auf einen lateralen Bildlagefehler im Bild der Objektstruktur zu bestimmen. Darüber hinaus umfasst die erfindungsgemäße Projektionsbelichtungsanlage eine Steuereinrichtung, welche dazu konfiguriert ist, die korrigierbaren Entwicklungskoeffizienten durch Betätigen der Manipulatoren derart anzupassen, dass die Auswirkung der korrigierbaren Entwicklungskoeffizienten auf den lateralen Bildlagefehler der Auswirkung des nicht unabhängig korrigierbaren Entwicklungskoeffizienten auf den lateralen Bildlagefehler entgegenwirkt.
Mit anderen Worten werden erfindungsgemäß zunächst Wellenfrontfehler des Projektionsobjektivs gemessen. Dabei werden Abweichungen der Wellenfront einer eingestrahlten Welle in einer Pupillenebene des Projektionsobjektivs von einer Sollwellenfront, die z. B. eben sein kann, gemessen. Eine derartige Wellenfrontmessung kann interferometrisch erfolgen, z. B. mittels eines Scherinterferometers, wie beispielsweise in DE 10109929 A1 beschrieben. Bei der scherinterferometrischen Messung wird elektromagnetische Strahlung auf das Projektionsobjektiv eingestrahlt und diese nach Durchlaufen des Projektionsobjektivs analysiert. Die bei der Wellenfrontmessung ermittelte Wellenfrontabweichung bezieht sich auf eine Abweichung der Wellenfront in der Pupillenebene des Projektionsobjektivs. Wie dem Fachmann geläufig, ist die Pupillenebene durch eine Ebene definiert, in der die örtliche Intensitätsverteilung der einen bestimmten Feldpunkt in der Bildebene beleuchtenden Strahlung der Winkelverteilung dieser Strahlung an diesem Feldpunkt entspricht. Diese Beziehung gilt für Sinus-korrigierte optische Systeme, und damit für ein Projektionsobjektiv einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie.
Erfindungsgemäß wird die Wellenfrontabweichung in der Pupillenebene für mindestens einen Punkt im Bildfeld des Projektionsobjektivs, d. h. für zumindest einen Feldpunkt, bestimmt. Daraufhin wird die Wellenfrontabweichung, welche eine zweidimensionale Funktion des Ortes in der Pupillenebene ist, mittels einer Polynomentwicklung, wie z. B. einer Zernike-Polynomentwicklung, analysiert. Die sich dabei ergebenden Entwicklungskoeffizienten werden bestimmt.
Die Projektionsbelichtungsanlage umfasst weiterhin Manipulatoren zur derartigen Beeinflussung der Abbildungseigenschaften der Projektionsbelichtungsanlage, dass ein Teil der Entwicklungskoeffizienten korrigiert werden kann. Derartige Manipulatoren dienen insbesondere der Manipulation einzelner optischer Elemente des Projektionsobjektivs. Durch die Manipulation der optischen Elemente des Projektionsobjektivs lassen sich die Aberrationen des Projektionsobjektivs verändern.
Wie bereits vorstehend erwähnt, umfasst die erfindungsgemäß betriebene Projektionsbelichtungsanlage lediglich Manipulatoren zur Korrektur eines Teils der Entwicklungskoeffizienten. Mindestens ein weiterer Entwicklungskoeffizient lässt sich zumindest nicht unabhängig von den anderen Entwicklungskoeffizienten mittels der Manipulatoren korrigieren. Insbesondere ist dieser mindestens eine weitere Entwicklungskoeffizient überhaupt nicht oder nur unzureichend mittels der Manipulatoren korrigierbar. Unter unabhängig korrigierbar im Sinne dieser Anmeldung ist zu verstehen, dass bei einer Korrektur des weiteren Entwicklungskoeffizienten andere Entwicklungskoeffizienten zu weniger als 20%, insbesondere zu weniger als 5% oder zu weniger als 1% beeinflusst werden. Gemäß der Erfindung ist der weitere Entwicklungskoeffizient mittels der Manipulatoren zumindest nicht unabhängig von anderen Entwicklungskoeffizienten korrigierbar. Dies bedeutet, dass der weitere Entwicklungskoeffizient mittels der Manipulatoren nicht unabhängig von anderen Entwicklungskoeffizienten oder überhaupt nicht korrigierbar ist. Unter der Angabe, dass der weitere Entwicklungskoeffizient mittels der Manipulatoren nicht unabhängig von anderen Enwicklungskoeffizienten korrigierbar ist, ist zu verstehen, dass bei der Korrektur andere Entwicklungskoeffizienten zumindest zu 20%, insbesondere zumindest zu 95% bzw. mindestens zu 99%, bezogen auf deren Wert, beeinflusst werden. Unter korrigierbar ist weiterhin zu verstehen, dass der Entwicklungskoeffizient um mindestens 10%, insbesondere mindestens 50% verringerbar ist. Die mittels der Manipulatoren korrigierbaren Entwicklungskoeffizienten sind insbesondere gezielt manipulierbar, damit ist die Stellung eines oder mehrerer Manipulatoren zu einem Wert des jeweiligen Entwicklungskoeffizienten fest korreliert.
Weiterhin wird gemäß der Erfindung mindestens eine mittels des Projektionsobjektivs in die Bildebene abzubildende Objektstruktur vorgegeben. Für diese Objektstruktur wird rechnerisch die Auswirkung der Aberrationen des Projektionsobjektivs auf einen lateralen Bildlagefehler im Bild der Objektstruktur bestimmt. Unter einer rechnerischen Bestimmung der Auswirkung auf den lateralen Bildlagefehler ist nicht unbedingt eine Berechnung der lithographischen Abbildung zu verstehen. Vorzugsweise erfolgt die Bestimmung ohne eine derartige Berechnung der lithographischen Abbildung, wie nachstehend im Rahmen von erfindungsgemäßen Ausführungsformen näher erläutert. Die Aberrationen des Projektionsobjektivs werden mittels der durch die gemessene Wellenfrontabweichung bestimmten Entwicklungskoeffizienten charakterisiert. Unter einem lateralen Bildlagefehler, auch „Overlay”-Fehler bezeichnet, ist eine Positionsabweichung des Bildes der Objektstruktur von einer Sollposition in der Bildebene zu verstehen. Bezogen auf ein ausgedehntes Bildfeld können die Bildlagefehler abhängig von der Feldposition, d. h. lokal, ermittelt werden.
Nach der Bestimmung der Auswirkung der Aberrationen des Projektionsobjektivs auf den lateralen Bildlagefehler werden Stellungen für die Manipulatoren berechnet, welche bewirken, dass die korrigierbaren Entwicklungskoeffizienten derart angepasst werden, dass die Auswirkung der korrigierbaren Entwicklungskoeffizienten auf den lateralen Bildlagefehler der Auswirkung des nicht-unabhängig korrigierbaren Entwicklungskoeffizienten auf den lateralen Bildlagefehler entgegenwirkt, insbesondere diesen vollständig aufhebt.
Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Projektionsbelichtungsanlage ermöglicht es somit, beim Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage auftretende Aberrationen mit einer begrenzten Anzahl von Manipulatoren in ihrem Einfluss auf die Abbildung einer vorgegebenen Objektstruktur zu minimieren. Diese Minimierung erfolgt auch für Komponenten der Aberrationen, die mittels der Manipulatoren nicht direkt korrigierbar sind. Damit können im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage z. B. durch Linsenaufheizung auftretende Aberrationen kontinuierlich korrigiert werden und somit die lateralen Bildlagefehler gering gehalten werden.
In einer Ausführungsform nach der Erfindung ist eine Beleuchtungsstrahlung mit einer vorgegebenen Winkelverteilung zur Abbildung der Objektstruktur vorgesehen und das rechnerische Bestimmen der Auswirkung der durch die Entwicklungskoeffizienten charakterisierten Aberrationen auf den lateralen Bildlagefehler erfolgt ausschließlich auf Grundlage der Entwicklungskoeffizienten sowie der vorgegebenen Winkelverteilung der Beleuchtungsstrahlung. Wie bereits vorstehend erwähnt, wird auf eine Berechnung der lithographischen Abbildung verzichtet. Gemäß dieser Ausführungsform ist die vorgegebene Objektstruktur Teil einer Klasse an Objektstrukturen, für welche die Auswirkung der durch die Entwicklungskoeffizienten charakterisierten Aberrationenen auf einen lateralen Bildlagefehler ausschließlich auf Grundlage der Entwicklungskoeffizienten sowie der Beleuchtungseinstellung bestimmbar ist. Die Winkelverteilung der Beleuchtungsstrahlung wird auch als „Beleuchtungssetting” oder „Beleuchtungsverteilung” bezeichnet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung umfasst das rechnerische Bestimmen der Auswirkung der durch die Entwicklungskoeffizienten charakterisierten Aberrationen auf den lateralen Bildlagefehler die folgenden Schritte: Einordnen der mindestens einen abzubildenden Objektstruktur in eine Klasse an Objektstrukturen, bei denen bei Abbildung mittels des Projektionsobjektivs in die Bildebene unter Bestrahlung der Objektstruktur mit einer Beleuchtungsstrahlung mit einer vorgegebenen Winkelverteilung lediglich ein Teilbereich der Pupille des Projektionsobjektivs beleuchtet wird, sowie Abschätzen der Auswirkung der durch die Entwicklungskoeffizienten charakterisierten Aberrationen auf den lateralen Bildlagefehler im Bild der Objektstruktur auf Grundlage der vorgegebenen Objektstukturklasse. Vorzugsweise wird bei der Abschätzung der Auswirkung auf den lateralen Bildlagefehler im Bild der Objektstruktur auch die Winkelverteilung der Beleuchtungsstrahlung der Objektstruktur berücksichtigt.
In einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung werden die Entwicklungskoeffizienten jeweils für mehrere Punkte in der Bildebene des Projektionsobjektivs bestimmt und die Manipulatoren werden derart betätigt werden, dass die Summe mathematischer Ausdrücke, die den lateralen Bildlagefehler an jeweils einem Bildpunkt enthalten, verringert wird. Insbesondere werden die Manipulatoren derart betätigt, dass die Summe der Quadrate der lateralen Bildlagefehler an unterschiedlichen Bildpunkten, auch als Feldpunkte bezeichnet, minimiert wird (RMS-Minimierung).
In einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung werden eine Vielzahl von Objektstrukturen einer einzigen geometrischen Form vorgegeben und die korrigierbaren Entwicklungskoeffizienten werden durch Betätigen der Manipulatoren derart angepasst, dass der laterale Bildlagefehler für alle vorgegebenen Objektstrukturen verringert wird. Ein Beispiel für vorgegebene Objektstrukturen umfasst Gruppen periodisch nebeneinander angeordneter paralleler Linien, wobei jede Gruppe eine andere Periodizität aufweist. Ein anderes Beispiel für vorgegebene Objektstrukturen umfasst Strukturen gleicher Geometrie, jedoch unterschiedlicher Strukturgröße, z. B. Linien unterschiedlicher Linienbreite.
In einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung ist die abzubildende Objektstruktur ein periodisches Muster und die korrigierbaren Entwicklungskoeffizienten werden durch Betätigen der Manipulatoren derart angepasst, dass der laterale Bildlagefehler unabhängig von der Periodizität des periodischen Musters verringert wird. Mit anderen Worten ist die Fehlerkorrektur Pich-unabhängig. insbesondere wird dabei eine geometrischen Form für die Objektstrukturen vorgegeben, die Auswirkung der Aberrationen auf alle Varianten der Objektstruktur wird rechnerisch bestimmt und daraus die Manipulatorkorrekturen bestimmt.
In einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung ist die abzubildende Objektstruktur eine Linienstruktur und die korrigierbaren Entwicklungskoeffizienten werden durch Betätigen der Manipulatoren derart angepasst, dass der lithographische Fehler unabhängig von der Linienbreite der Linienstruktur verringert wird.
In einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung werden die Manipulatoren derart betätigt, dass die Auswirkung der korrigierbaren Entwicklungskoeffizienten auf den lateralen Bildlagefehler die Auswirkung des nicht korrigierbaren Entwicklungskoeffizienten auf den lateralen Bildlagefehler aufhebt.
In einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung wird die Polynomentwicklung mit Zernike-Polynomen als Polynombasis durchgeführt und die Zernike-Koeffizienten sind die dabei bestimmten Entwicklungskoeffizienten.
In einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung umfasst der mindestens eine nicht unabhängig korrigierbare Entwicklungskoeffizient den Koeffizienten des Zernike-Polynoms Z₁₀ und/oder den Koeffizienten des Zernike-Polynoms Z₁₁. Dabei sind vorteilhafterweise die Koeffizienten der Zernike Polynome Z₂ und Z₇ bzw. Z₃ und Z₈ mittels der Manipulatoren gezielt korrigierbar. In dieser Ausführungsform kann z. B. die Abbildung ein periodisches Linienmuster unter Dipolbeleuchtung hinsichtlich lateralen Bildlagenfehlern optimiert werden.
In einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung umfasst der mindestens eine nicht unabhängig korrigierbare Entwicklungskoeffizient die jeweiligen Koeffizienten der Zernike-Polynome Z₁₉ und Z₂₆ und/oder die jeweiligen Koeffizienten der Zernike-Polynome Z₂₆ und Z₂₇. Dabei ist vorteilhafterweise der Koeffizient des Zernike Polynoms Z₁₄ bzw. Z₁₅ mittels der Manipulatoren gezielt korrigierbar. In dieser Ausführungsform kann z. B. die Abbildung ein periodisches Linienmuster unter Dipolbeleuchtung hinsichtlich lateralen Bildlagenfehlern weiter optimiert werden.
In einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung werden vor dem Betätigen der Manipulatoren Sollwerte für die korrigierbaren Entwicklungskoeffizienten berechnet, indem eine transformierte Polynombasis bestimmt wird, welche gegenüber einer der Polynomentwicklung zugrundegelegten Polynombasis transformiert ist. Die entsprechend transformierten Entwicklungskoeffizienten werden daraufhin mittels eines Optimierungsalgorithmusses minimiert und die minimierten transformierten Entwicklungskoeffizienten zur Bestimmung der Sollwerte auf die untransformierte Basis zurücktransformiert. Die Minimierung der transformierten Entwicklungskoeffizienten erfolgt allgemein durch Minimierung der Summe mathematischer Ausdrücke, die jeweils einen transformierten Entwicklungskoeffizienten enthalten. Dies kann z. B. durch sogenannte RMS-Minimierung, alternativ durch Minimierung der Summe der transformierten Entwicklungskoeffizienten erfolgen. Daraufhin werden die Manipulatoren zur Einstellung der Sollwerte für die korrigierbaren Entwicklungskoeffizienten betätigt.
In einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung wird bei der Bestimmung der transformierten Polynombasis das dem nicht unabhängig korrigierbaren Entwicklungskoeffizienten zugeordnete Basispolynom in ein transformiertes Basispolynom umgewandelt, welches zumindest eines der den korrigierbaren Entwicklungskoeffizienten zugeordneten Basispolynome enthält.
In einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung werden die Aberrationen des Projektionsobjektivs durch Linsenaufheizung erzeugt. Die Erfindung ermöglicht in diesem Fall, Linsenaufheizungseffekte beim Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage regelmäßig zu korrigieren.
In einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung ist die Objektstruktur derart beschaffen, dass bei Abbildung derselben in die Bildebene ein Beleuchtungsmuster in der Pupillenebene des Projektionsobjektivs erzeugt wird, welches einzelne beleuchtet Bereiche aufweist, wobei die einzelnen beleuchteten Bereiche auf einer geraden Linie angeordnet sind. Für eine derartige Objektstruktur können Aberrationen des Projektionsobjektivs besonders gut korrigiert werden. Vorteilhafterweise ist die Projektionsbelichtungsanlage darauf ausgelegt, während einer Abbildung einer Maske auf einen Wafer den Wafer entlang der y-Achse eines Koordinatensystems zu bewegen, wobei die gerade Linie entlang der y-Achse oder senkrecht zur y-Achse verläuft.
Die bezüglich der vorstehend aufgeführten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens angegebenen Merkmale können entsprechend auf die erfindungsgemäße Projektionsbelichtungsanlage übertragen werden. Umgekehrt können die bezüglich der vorstehend ausgeführten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Projektionsbelichtungsanlage angegebenen Merkmale entsprechend auf das erfindungsgemäße Verfahren übertragen werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die vorstehenden sowie weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung werden in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung beispielhafter erfindungsgemäßer Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Zeichnungen veranschaulicht. Es zeigt:
1 eine schematische Veranschaulichung einer erfindungsgemäßen Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit einem Projektionsobjektiv zum Abbilden von Maskenstrukturen in eine Bildebene,
2 eine beispielhafte Beleuchtungsverteilung in einer Pupillenebene des Projektionsobjektivs gemäß 1 bei Abbildung von periodisch angeordneten vertikalen Liniengruppen unterschiedlicher Periodizität,
3 eine exemplarische Verteilung des Koeffizienten c₁₀ einer Zernike-Polynomentwicklung einer gemessenen Wellenfrontabweichung an unterschiedlichen Punkten im Bildfeld eines beispielhaften Projektionsobjektivs,
4 eine beispielhafte Veranschaulichung der Auswirkung der Verteilung der Koeffizienten c₁₀ gemäß 3 auf Bildlageverschiebungen im Bildfeld des Projektionsobjektivs,
5 eine Veranschaulichung einer Wellenfrontoptimierung nach einer Basistransformation der Zernike-Polynomentwicklung gemäß der Erfindung zur Korrekur von durch den Koeffizienten c₁₀ hervorgerufenen Bildlageverschiebungen,
6 eine Veranschaulichung der Wellenfrontabweichung entlang einer Koordinatenachse in der Pupillenebene des Projektionsobjektivs nach der Optimierung der Wellenfront gemäß 5, sowie
7 eine weitere beispielhafte Beleuchtungsverteilung in einer Pupillenebene des Projektionsobjektivs gemäß 1 bei Abbildung von gegenüber den Liniengruppen von 2 gedrehten Liniengruppen unterschiedlicher Periodizität.
Detaillierte Beschreibung erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele
In den nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen sind funktionell oder strukturell einander ähnliche Elemente soweit wie möglich mit den gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen. Daher sollte zum Verständnis der Merkmale der einzelnen Elemente eines bestimmten Ausführungsbeispiels auf die Beschreibung anderer Ausführungsbeispiele oder die allgemeine Beschreibung der Erfindung Bezug genommen werden.
1 zeigt ein stark vereinfachtes Blockdiagramm einer Projektionsbelichtungsanlage 10 für die Mikrolithographie. Die Projektionsbelichtungsanlage 10 dient der Erzeugung von Strukturen auf Halbleiter-Wafern und umfasst eine Strahlungsquelle 14 zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung 16 mit einer Wellenlänge im UV-Bereich, z. B. bei 248 nm oder 193 nm. Alternativ kann die Strahlungsquelle 14 auch zur Erzeugung von Strahlung im extrem ultravioletten Wellenlängenbereich (EUV), insbesondere mit einer Wellenlänge von kleiner als 100 nm, z. B. 13,5 nm, ausgelegt sein. Die Strahlungsquelle 14 ist in der dargestellten beispielhaften Ausführungsform auf einer optischen Achse 12 angeordnet, welche durch die nachfolgend näher beschriebenen Komponenten der Projektionsbelichtungsanlage 10 definiert ist.
Die von der Strahlungsquelle 14 erzeugte elektromagnetische Strahlung 16 durchläuft eine Beleuchtungsoptik 18 mit mehreren optischen Elementen 20, z. B. in Gestalt von Linsen und/oder Spiegeln, von denen lediglich eines symbolisch in 1 dargestellt ist. Bei Verwendung von EUV-Strahlung umfasst die Beleuchtungsoptik 18 lediglich Spiegel als optische Elemente 20. Die Beleuchtungsoptik 18 dient dazu, eine Maske 22, welche im Strahlengang der elektromagnetischen Strahlung 16 der Beleuchtungsoptik 18 nachgeordnet angeordnet ist, zu beleuchten. Die Maske 22 wird oft auch als Retikel bezeichnet. Die Beleuchtungsoptik 18 ist dazu konfiguriert, verschiedene Winkelverteilungen der auf die Maske 22 auftreffenden elektromagnetischen Strahlung 16a zu erzeugen. So kann beispielsweise mittels der Beleuchtungsoptik 18 eine sogenannte Dipol-Beleuchtung oder eine sogenannte annulare Beleuchtung eingestellt werden.
Die Maske 22 enthält Maskenstrukturen, welche mittels eines Projektionsobjektivs 24 der Projektionsbelichtungsanlage 10 auf ein Substrat 32 in Gestalt eines Wafers abgebildet werden können. Dazu ist die Maske 22 in einer Objektebene 23 des Projektionsobjektivs 24 angeordnet. Die Maske 22 kann, wie in 1 dargestellt, als Transmissionsmaske ausgeführt sein oder alternativ, insbesondere für die EUV-Lithographie, auch als Reflexionsmaske konfiguriert sein. Wie auch die Beleuchtungsoptik 18, umfasst das Projektionsobjektiv 24 eine Vielzahl optischer Elemente 26, welche abhängig vom Design des Projektionsobjektivs 24 und der Bestrahlungswellenlänge in Gestalt von Linsen oder Spiegeln ausgeführt sein können. Lediglich drei derartige optische Elemente 26a, 26b, 26c sind in 1 symbolisch dargestellt. In dem Fall, in dem die optischen Elemente 20 und/oder 26 als Linsen ausgeführt sind, können sie beispielsweise aus Quarzglas oder Calciumfluorid gefertigt sein.
Das Projektionsobjektiv 24 umfasst eine oder mehrere Pupillenebenen 28. Eine Pupillenebene 28 ist dadurch gekennzeichnet, dass die örtliche Intensitätsverteilung der elektromagnetischen Strahlung 16 in der Pupillenebene 28, welche auf einem bestimmten Feldpunkt in einer Bildebene 34 des Projektionsobjektivs 24 konvergiert, der winkelaufgelösten Intensitätsverteilung an diesem Feldpunkt entspricht. Diese Entsprechung ist gewährleistet, wenn das Projektionsobjektiv 24, wie im vorliegenden Fall, sinus-korrigiert ist. In der Pupillenebene 28 kann eine Aperturblende zur Definition der Austrittspupille des Projektionsobjektivs 24 angeordnet sein.
Die Projektionsbelichtungsanlage 10 dient dazu, Maskenstrukturen auf das vorgenannte Substrat 32 abzubilden. Dazu wird das Substrat 32 auf einem Substrattisch 30 in Gestalt einer sogenannten „Wafer-Stage” in der Bildebene 34 des Projektionsobjektivs 24 angeordnet. Das Substrat 32 umfasst eine strahlungsempfindliche Schicht. Bei der Belichtung werden Strukturen von der Maske 22 durch ein Abbildungsverfahren in die strahlungsempfindliche Schicht transferiert. Dabei wird in dem Fall, in dem die Projektionsbelichtungsanlage 10 als sogenannter „Scanner” konfiguriert ist, der Substrattisch in y-Richtung gemäß dem Koordinatensystem von 1 verschoben. Nach der Belichtung des Substrats 32 wird die strahlungsempfindliche Schicht chemisch entwickelt, woraufhin das Substrat 32 unter Ausnutzung der durch die Belichtung in der strahlungsempfindlichen Schicht erzeugten Strukturen weiterverarbeitet wird. Danach kann eine weitere Belichtung und eine weitere darauf gestützte Verarbeitung folgen. Dieses Verfahren wird so oft wiederholt, bis das Substrat 32 eine gewünschte Strukturierung aufweist.
Um kurze Belichtungszeiten zu erzielen, wird die elektromagnetische Strahlung 16 mit einer vergleichsweise hohen Intensität auf das Projektionsobjektiv 24 eingestrahlt. Dies führt dazu, dass die optischen Elemente 26 des Projektionsobjektivs 24 einem sehr intensiven Strahlungsbeschuss ausgesetzt sind. Dies wird dadurch verstärkt, dass die Strahlung für zumindest einige der optischen Elemente 26 nicht gleichmäßig über deren gesamte nutzbare Oberfläche verteilt ist, sondern vielmehr in vergleichsweise kleine Teilbereiche konzentriert ist. Damit können lokal auf den optischen Oberflächen sehr hohe Intensitäten auftreten, wodurch eine Veränderung in den Materialeigenschaften der optischen Elemente 26 auftreten kann. Dies wiederum kann eine Veränderung der optischen Eigenschaften in den belichteten Bereichen der optischen Elemente 26 zur Folge haben. Das Ausmaß der Veränderung vergrößert sich im zeitlichen Verlauf der Belichtung typischerweise kontinuierlich. Dies führt zu einer Veränderung der optischen Eigenschaften des gesamten Projektionsobjektivs 24. Dieser Effekt wird üblicherweise auch als Linsenaufheizung oder „Lens Heating” bezeichnet.
Zum Beispiel kann die Strahlungseinwirkung die Dichte des Materials eines optischen Elementes 26 in Gestalt einer Linse vergrößern, was auch als sogenanntes „compaction” bekannt ist, oder die Dichte verringern, auch als sogenanntes „rarefaction” bekannt. Dies ist der Fall, wenn entweder polarisierte oder unpolarisierte Strahlung benutzt wird. Lokale Dichtegradienten können zu Spannungsdoppelbrechung führen. Weiterhin kann die Strahlungsbeanspruchung zu einer Veränderung in der Transmission (Solarisation) oder die Bildung von Mikrokanälen hervorrufen. Bei Verminderung von polarisiertem Licht können zusätzliche Effekte auftreten, wie etwa polarisationsinduzierte Doppelbrechung. Die strahlungsinduzierten Veränderungen und möglicherweise weitere Veränderungen in den optischen Eigenschaften der optischen Elemente 26 führen zu Aberrationen des Projektionsobjektivs.
Derartige Aberrationen, insbesondere deren Veränderung im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage 10, etwa durch Linsenaufheizung, werden gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens zunächst bestimmt. Die Ausführungsform der Projektionsbelichtungsanlage 10 gemäß 1 umfasst dazu eine Wellenfrontmesseinrichtung 36, welche als Sensormodul in einem Randbereich des Substrattisches 30 integriert ist. Zur Bestimmung der Aberrationen des Projektionsobjektivs 24 wird an mehreren Feldpunkten in der Bildebene 34 eine Wellenfrontmessung vorgenommen. Dazu wird in der Objektebene 23 eine Lochmaske angeordnet, und der Substrattisch 30 zur Platzierung der Wellenfrontmesseinrichtung 36 an den einzelnen Feldpunkten in der Bildebene 34 verschoben. Die Wellenfrontmesseinrichtung 36 ist dazu konfiguriert, eine Wellenfrontabweichung einer in einem bestimmten Feldpunkt konvergierenden Welle von einer ebenen Welle in der Pupillenebene 28 des Projektionsobjektivs 24 zu bestimmen. Eine derartige Wellenfrontabweichung wird durch Aberrationen des Projektionsobjektivs 24 erzeugt. Die Wellenfrontmesseinrichtung 36 kann als Interferometer, beispielsweise als Scherinterferometer, wie z. B. in DE 10109929 A1 beschrieben, ausgeführt sein.
Die gemessene Wellenfrontabweichung umfasst Abweichungswerte als Funktion des Ortes in x- und y-Richtung in der Pupillenebene 28. In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform wird eine derartige zweidimensionale Wellenfrontabweichung für jeden einzelnen mehrerer Feldpunkte in der Bildebene 34 ermittelt. Die gemessenen Wellenfrontabweichungen werden von der Wellenfrontmesseinrichtung 36 an eine Auswerteeinrichtung 42 übermittelt. Die Auswerteeinrichtung 42 führt eine Polynom-Entwicklung der Wellenfrontabweichung durch und bestimmt die sich daraus ergebenden Entwicklungskoeffizienten. Eine Möglichkeit der Polynom-Entwicklung ist die sogenannte Zernike-Entwicklung, bei der Zernike-Polynome als Polynombasis verwendet werden. Die Zernike-Polynomentwicklung ist dem Fachmann beispielsweise aus Kapitel 13.2.3 des Lehrbuchs „Optical Shop Testing", 2nd Edition (1992) von Daniel Malacara, Hrsg. John Wiley & Sons, Inc. bekannt. Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung wird die Zernike-Polynomentwicklung der Wellenfrontabweichung Φ(ρ, φ) in der folgenden Form definiert:
wobei ρ, φ Polarkoordinaten in der Pupillenebene 28, Z_j die Zernike Polynome in der sogenannten Fringe-Sortierung und c_j die den jeweiligen Zernike Polynomen zugeordneten Zernike-Koeffizienten sind. Die Fringe-Sortierung ist beispielsweise in Tabelle 20-2 auf Seite 215 des „Handbook of Optical Systems", Vol. 2 von H. Gross, 2005 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim veranschaulicht.
In der Auswerteeinrichtung 42 liegt nach der Zernike-Polyonomentwicklung damit für jeden der analysierten Feldpunkte in der Bildebene 34 ein Satz von Zernike-Koeffizienten c_j vor. Daraufhin berechnet die Auswerteeinrichtung 42 die Auswirkung der durch die Zernike-Koeffizienten c_j charakterisierten Aberrationen des Projektionsobjektivs 24 auf einen lateralen Bildlagefehler im Bild einer vorgegebenen abzubildenden Objektstruktur 44. Als lateraler Bildlagenfehler ist eine Positionsabweichung des Bildes der Objektstruktur von einer Sollposition in der Bildebene 34 definiert. Mit anderen Worten wird die Auswirkung der Aberrationen des Projektionsobjektivs 24 auf einen lateralen Bildlagefehler an den einzelnen Feldpunkten, auch „Overlay”-Fehler bezeichnet, bestimmt.
Im nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Auswirkung der Aberrationen des Projektionsobjektivs 24 auf einen lateralen Bildlagefehler in der Bildebene 34 berechnet. Dies geschieht im vorliegenden Beispiel für periodisch angeordnete vertikale Linien unterschiedlicher Periodizität. 2 zeigt zwei mit den Bezugszeichen 44a und 44b bezeichnete derartige Linienanordnungen unterschiedlicher Periodizität. Abhängig von der Winkelverteilung der die Maske 22 mit den Objektstrukturen 44a und 44b beleuchtenden elektromagnetischen Strahlung 16a, erzeugen die Objektstrukturen 44a und 44b ein charakteristisches Beleuchtungsmuster in der Pupillenebene 28. Dieses Beleuchtungsmuster wird von der Auswerteeinrichtung 42 auf Grundlage des Layouts der abzubildenden Objektstrukturen 44 sowie der Winkelverteilung der Beleuchtungsstrahlung berechnet.
Ein derartiges Beleuchtungsmuster ist in 2 im Bereich einer Pupillenbegrenzung 46 in der Pupilleenebene 28 für den Fall dargestellt, in dem die Objektstrukturen 44a und 44b mit einer Dipol-förmigen Winkelverteilung beleuchtet werden. Die in 2 dargestellten beleuchteten Bereiche 48 befinden sich alle im Bereich der x-Koordinatenachse der Pupillenebene 28. Weiterhin wird an dieser Stelle angemerkt, dass vertikale Linienmuster weiterer Periodizitäten allesamt Beleuchtungsmuster im Bereich der x-Koordinatenachse erzeugen.
Aus dem Beleuchtungsmuster im Bereich der Pupillenbegrenzung 46 und den zuvor mittels der Wellenfrontmessung bestimmten Zernike-Koeffizienten c_j werden dann von der Auswerteeinrichtung 42 laterale Bildlagenverschiebungen der abgebildeten Objektstrukturen 44 in der Bildebene 34 berechnet. Die Bildlagenverschiebungen ergeben sich aufgrund der mittels der Zernike-Koeffizienten charakterisierten Aberrationen des Projektionsobjektivs 24. 4 zeigt beispielhaft die Signatur einer derartigen Bildlagenverschiebung Δx entlang der Erstreckung des Bildfeldes in x-Richtung für die in 3 dargestellte Signatur des Zernike-Koeffizienten c₁₀ für die Objektstrukturen 44a und 44b gemäß 2.
Wie in 1 veranschaulicht, sind die einzelnen optischen Elemente 26 des Projektionsobjektivs 24 mit Manipulatoren 38 zur Korrektur eines Teils der Zernike-Koeffizienten c_j versehen. Die Manipulatoren 38 werden von einer Steuereinrichtung 40 angesteuert. 1 zeigt exemplarisch wesentliche Typen von Manipulatoren. Der erste Typ 38a ermöglicht die Verschiebung eines zugeordneten optischen Elements 26a entlang der optischen Achse 12, welche in z-Richtung gemäß dem in 1 eingezeichneten Koordinatensystem ausgerichtet ist. Ein zweiter Manipulatortyp 38b dient dazu, ein zugeordnetes optisches Element 26b senkrecht zur optischen Achse 12 und damit in x/y-Richtung zu verschieben. Ein weiterer Manipulatortyp 38c dient der Rotation eines zugeordneten optischen Elements 26c mit der optischen Achse 12 als Rotationsachse. Die in 1 dargestellten Manipulatoren 38a, 38b und 38c sind lediglich zur einfacheren Darstellung jeweils einem der exemplarisch dargestellten optischen Elemente 26a, 26b und 26c des Projektionsobjektivs 24 zugeordnet. In praktischer Ausführung können mehrere Manipulatortypen jeweils einem optischen Element 26 zugeordnet sein, z. B. auch zwei- oder vierwellig deformierbare Linsen oder Spiegelemente Neben den zeichnerisch in 1 veranschaulichten Manipulatortypen 38a, 38b und 38c können weitere dem Fachmann bekannte Manipulatortypen verwendet werden. Das Projektionsobjektiv 24 der erfindungsgemäßen Projektionsbelichtungsanlage 10 weist lediglich Manipulatoren 38 zur Korrektur eines Teils der Zernike-Koeffizienten c_j auf. Es verbleiben Zernike-Koeffizienten, welche mittels der vorgesehenen Manipulatoren 38 nicht unabhängig von anderen Zernike-Koeffizienten, insbesondere auch überhaupt nicht oder nur schlecht korrigierbar sind. Beispiele für derartige nicht oder schlecht -korrigierbare Aberrationen sind lineare (x-) Feldverläufe der Zernike-Koeffizienten c₁₀, c₁₉ und c₂₆.
Zurückkommend auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel, bei dem bei Abbildung der in 2 gezeigten vertikalen Linienenstrukturen unterschiedlicher Periodizität die Bildlagenfehler Δx auftreten, wird erfindungsgemäß eine Manipulatoreinstellung ermittelt, mit der diese Bildlagenfehler korrigiert werden können. Dazu werden zunächst diejenigen Zernike-Koeffizienten ermittelt, welche einen erheblichen Beitrag zu der Bildlagenverschiebung leisten. Dies sind im vorliegenden Fall die Zernike-Koeffizienten c₂, c₇ und c₁₀ (mit linearen Feldverläufen)
Die für die Bildlagenfehler bei der Abbildung der genannten Objektstruktur verantwortliche Wellenfrontabweichung Φ(x, y) in der Pupillenebene 28 wird daraufhin wie folgt vereinfacht dargestellt: Φ(x, y) = c₂·Z₂(x, y) + c₇·Z₇(x, y) + c₁₀·Z₁₀(x, y), (2) wobei x, y relative Pupillenkoordinaten sind. Die in (2) enthaltenen Zernike-Polynome lassen sich als Funktion der relativen Pupillenkoordinaten x und y wie folgt ausdrücken: Z₂(x, y) = x (3) Z₇(x, y) = –2x + 3x³ + 3x·y² (4) Z₁₀(x, y) = x³ – 3·x·y² (5)
Die Wellenfrontabweichung wird damit durch den folgenden Aberrationsvektor dargestellt:
Für eine herkömmliche sogenannte Zernike-Optimierung gibt es im vereinfachten Modell lediglich zwei Manipulatorfreiheitsgrade, nämlich:
Als Ergebnis einer herkömmlichen Zernike-Optimierung werden die Manipulatoren derart eingestellt, dass die korrigierbaren Zernike-Koeffizienten c₂ und c₇ im Wesentlichen auf Null reduziert werden. C₁₀ bleibt jedoch unverändert, sodass die verbleibende Wellenfrontabweichung Φ^R sich in diesem Fall wie folgt darstellt:
Erfindungsgemäß wird jedoch zunächst eine neue Polynombasis durch Transformation der Zernike-Basis bestimmt. Im vorliegenden Beispiel werden bei der Transformation die Basispolynome Z₂, Z₇ und Z₁₀ in die transformierten Basispolynome Z₂', Z₇' und Z₁₀' wie folgt umgeformt: Z₂ -> Z₂' = Z₂ Z₇ -> Z₇' = Z7 Z₁₀ -> Z₁₀' = –2/3·Z₂ – 1/3·Z₇ + Z₁₀ (9)
Die Zernike-Koeffizienten werden dabei wie folgt transformiert:
Daraufhin werden die modifizierten Zernike-Koeffizienten c_j' mittels eines sogenannten RMS-Optimierungsalgorithmusses minimiert. Dabei werden die c_j' derart angepasst, dass die Wurzel aus der Summe der Quadrate der c_j' minimiert wird. Nach Ermittlung der modifizierten Zernike Koeffizienten c_j' durch die Auswerteeinrichtung 42 werden diese durch entsprechend Ansteuerung der Manipulatoren 38 durch die Steuereinrichtung 40 im Projektionsobjektiv 26 eingestellt.
Die nach der Optimierung verbleibende Wellenfrontabweichung Φ'^R lautet in der transformierten Basis wie folgt:
Zurücktransformiert auf die Zernike-Basis ergibt sich für die verbleibende Wellenfrontabweichung Φ^R:
Setzt man die Zernike-Polynome ein, so ergibt sich: Φ^R(x, y) = –4·c₁₀·x·y² (13)
In 5 sind die Terme der verbleibenden Wellenfrontabweichung Φ^R(x, y) gemäß Gleichung (10) in zweidimensionaler Darstellung veranschaulicht. Ausgehend von dem mit „A” bezeichneten Profil von Φ^R(x, y), welches mittels der herkömmlichen Zernike-Optimierung erzielt werden kann, wird mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens die verbleibende Wellenfrontabweichung Φ^R(x, y) auf das mit „B” bezeichnete Profil verbessert.
In Profil „B” ist die verbleibende Wellenfrontabweichung Φ^R(x, y) entlang der x-Koordinatenachse konstant Null. Dieser Sachverhalt ist nochmals in 6 veranschaulicht. Hier sind die Zernike Polynome Z₂, Z₇ und Z₁₀ sowie die erfindungsgemäß erzielte verbleibende Wellenfrontabweichung Φ^R entlang der x-Koordinatenachse in der Pupillenebene 28 dargestellt.
Bei Abbildung der in 2 dargestellten Objektstrukturen 44a und 44b, bzw. allgemein vertikaler Linienstrukturen unterschiedlicher Periodizitäten, wird wie bereits vorstehend erwähnt, die Pupillenebene 28 lediglich in Bereichen nahe der x-Koordinatenachse beleuchtet (siehe beleuchtete Bereiche 48 gemäß 2). Da bei Verwendung des auf die vorstehende Weise optimierten Projektionsobjektivs 24 in diesen Bereichen jedoch die den Bildlagenfehler in erster Näherung beeinflussende verbleibende Wellenfrontabweichung Φ^R Null oder nahe Null ist, kann der bei Abbildung der genannten Objektstrukturen auftretende Bildlagenfehler bzw. Overlay-Fehler in hohem Masse verringert werden.
Gemäß dem vorstehenden erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel wird somit das Projektionsobjektiv 24 derart optimiert, dass der laterale Bildlagenfehler bei Abbildung periodischer vertikaler Linienstrukturen unabhängig von deren Periodizität, mit anderen Worten pitch-unabhängig, minimiert wird. Dies kann erfindungsgemäß für das gesamte Bildfeld durchgeführt werden. Dazu werden die Zernike-Koeffizienten jeweils für eine Vielzahl von Feldpunkten bestimmt und die Einstellungen für die Manipulatoren 38 unter der Massgabe berechnet, dass der Bildlagenfehler über das gesamte Bildfeld minimiert wird. Dies kann z. B. dadurch erfolgen, dass der die Summe der Quadrate der Bildlagenfehler an den unterschiedlichen Feldpunkten minimiert wird (RMS-Minimierung).
Gemäß einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel werden zur Optimierung des Projektionsobjektivs 24 für die Abbildung von vertikalen periodischen Linienstrukturen neben den Zernike-Koeffizienten c₂, c₇ und c₁₀ weitere ebenfalls zum lateralen Bildlagenfehler beitragende Zernike-Koeffizienten höherer Ordnung, nämlich c₁₄, c₁₉ und c₂₆ berücksichtigt. Dabei ist c₁₄ durch die Manipulatoren 38 korrigierbar, c₁₉ und c₂₆ hingegen nicht. Erfindungsgemäß wird die Basis aus der berücksichtigten Zernike-Polyonome wie folgt umgeformt: Z₂ -> Z₂' = Z₂ Z₇ -> Z₇' = Z₇ Z₁₀ -> Z₁₀' = –2/3·Z₂ – 1/3·Z₇ + Z₁₀ Z₁₄ -> Z₁₄' = Z₁₄ Z₁₉ -> Z₁₉' = 1/6·Z₂ – 2/3·Z₇ – 1/2·Z₁₄ + Z₁₉ Z₂₆ -> Z₂₆' = –1/2·Z₂ – 2/5·Z₇ – 1/10·Z₁₄ + Z₂₆ (14)
Dabei werden die Zernike-Koeffizienten wie folgt transformiert:
Daraufhin werden die modifizierten Zernike-Koeffizienten c_j' mittels eines RMS-Optimierungsalgorithmusses analog zum vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel minimiert und die Manipulatoren 38 entsprechend eingestellt.
In einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel wird das Projektionsobjektiv 24 für Objektstrukturen optimiert, welche in der Pupillenebene 28 ein gegenüber dem Beleuchtungsmuster gemäß 2 um den Winkel v verdrehtes Beleuchtungsmuster aus beleuchteten Bereichen 48 erzeugen, wie in 7 veranschaulicht.
Die Basis aus den relevanten Zernike-Polynomen wird in diesem Fall bei Berücksichtigung von Zernike-Polynomen bis zur dritten Ordnung wie folgt umgeformt: Z₂ -> Z₂' = Z₂ Z₃ -> Z₃' = Z₃ Z₇ -> Z₇' = Z₇ Z₈ -> Z₈' = Z₈ Z₁₀ -> Z'10 = cos3v[cosv(–2/3Z2 – 1/3Z7) + sinv(–2/3Z3 – 1/3Z8)] + Z10 Z₁₁ -> Z'11 = sin3v[cosv(–2/3Z2 – 1/3Z7) + sinv(–2/3Z3 – 1/3Z8)] + Z11 (16)
Die Zernike-Koeffizienten werden dabei wie folgt transformiert:
Daraufhin werden die modifizierten Zernike-Koeffizienten c_j' mittels eines RMS-Optimierungsalgorithmusses analog zum vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel minimiert und die Manipulatoren 38 entsprechend eingestellt.
Bezugszeichenliste

10: Projektionsbelichtungsanlage
12: optische Achse
14: Strahlungsquelle
16, 16a, 16b, 16c: elektromagnetische Strahlung
18: Beleuchtungsoptik
20: optisches Element der Beleuchtungsoptik
22: Maske
23: Objektebene
24: Projektionsobjektiv
26a, 26b, 26c: optisches Element des Projektionsobjektivs
28: Pupillenebene
30: Substrattisch
32: Substrat
34: Bildebene
36: Wellenfrontmesseinrichtung
38a, 38b, 38c: Manipulator
40: Steuereinrichtung
42: Auswerteeinrichtung
44, 44a, 44b: abzubildende Objektstruktur
46: Pupillenbegrenzung
48: beleuchteter Bereich der Pupille

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10109929 A1 [0007, 0045]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Kapitel 13.2.3 des Lehrbuchs „Optical Shop Testing”, 2nd Edition (1992) von Daniel Malacara, Hrsg. John Wiley & Sons, Inc. [0046]
Tabelle 20-2 auf Seite 215 des „Handbook of Optical Systems”, Vol. 2 von H. Gross, 2005 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim [0046]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Projektionsbelichtungsanlage (10) für die Mikrolithographie mit einem Projektionsobjektiv (24), mit den Schritten: – Bestimmen einer durch Aberrationen des Projektionsobjektivs (24) bedingten Wellenfrontabweichung einer eingestrahlten Welle in einer Pupillenebene (28) des Projektionsobjektivs (24), Durchführen einer Polynomentwicklung der Wellenfrontabweichung und Bestimmen von sich daraus ergebenden Entwicklungskoeffizienten, wobei die Projektionsbelichtungsanlage (10) Manipulatoren (38a, 38b, 38c) zur Korrektur eines Teils der Entwicklungskoeffizienten umfasst und mindestens ein weiterer der Entwicklungskoeffizienten mittels der Manipulatoren (38a, 38b, 38c) zumindest nicht unabhängig von anderen Entwicklungskoeffizienten korrigierbar ist, – Vorgeben einer mittels des Projektionsobjektivs (24) in eine Bildebene (34) abzubildenden Objektstruktur (44) und rechnerisches Bestimmen der Auswirkung der durch die Entwicklungskoeffizienten charakterisierten Aberrationen auf einen lateralen Bildagefehler im Bild der Objektstruktur (44), sowie – Anpassen der korrigierbaren Entwicklungskoeffizienten durch Betätigen der Manipulatoren (38a, 38b, 38c) derart, dass die Auswirkung der korrigierbaren Entwicklungskoeffizienten auf den lateralen Bildlagefehler der Auswirkung des nicht unabhängig korrigierbaren Entwicklungskoeffizienten auf den lateralen Bildlagefehler entgegenwirkt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem eine Beleuchtungsstrahlung (16a) mit einer vorgegebenen Winkelverteilung zur Abbildung der Objektstruktur vorgesehen ist und das rechnerische Bestimmen der Auswirkung der durch die Entwicklungskoeffizienten charakterisierten Aberrationen auf den lateralen Bildlagefehler ausschließlich auf Grundlage der Entwicklungskoeffizienten sowie der vorgegebenen Winkelverteilung der Beleuchtungsstrahlung (16a) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das rechnerische Bestimmen der Auswirkung der durch die Entwicklungskoeffizienten charakterisierten Aberrationen auf den lateralen Bildlagefehler die Schritte umfasst: Einordnen der mindestens einen abzubildenden Objektstruktur (44) in eine Klasse an Objektstrukturen, bei denen bei Abbildung mittels des Projektionsobjektivs (24) in die Bildebene unter Bestrahlung der Objektstruktur mit einer Beleuchtungsstrahlung mit einer vorgegebenen Winkelverteilung lediglich ein Teilbereich der Pupille des Projektionsobjektivs beleuchtet wird, sowie Abschätzen der Auswirkung der durch die Entwicklungskoeffizienten charakterisierten Aberrationen auf den lateralen Bildlagefehler im Bild der Objektstruktur auf Grundlage der vorgegebenen Objektstukturklasse.
Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem die Entwicklungskoeffizienten jeweils für mehrere Punkte in der Bildebene (34) des Projektionsobjektivs (24) bestimmt werden und die Manipulatoren (38a, 38b, 38c) derart betätigt werden, dass die Summe mathematischer Ausdrücke, die den lateralen Bildlagefehler an jeweils einem Bildpunkt enthalten, verringert wird.
Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem eine Vielzahl von Objektstrukturen (44a, 44b) einer einzigen geometrischen Form vorgegeben werden und die korrigierbaren Entwicklungskoeffizienten durch Betätigen der Manipulatoren (38a, 38b, 38c) derart angepasst werden, dass der laterale Bildlagefehler für alle vorgegebenen Objektstrukturen (44a, 44b) verringert wird.
Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem die abzubildende Objektstruktur (44) ein periodisches Muster ist und die korrigierbaren Entwicklungskoeffizienten durch Betätigen der Manipulatoren (38a, 38b, 38c) derart angepasst werden, dass der laterale Bildlagefehlerunabhängig von der Periodizität des periodischen Musters verringert wird.
Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem die abzubildende Objektstruktur (44) eine Linienstruktur ist und die korrigierbaren Entwicklungskoeffizienten durch Betätigen der Manipulatoren (38a, 38b, 38c) derart angepasst werden, dass der laterale Bildlagefehler unabhängig von der Linienbreite der Linienstruktur verringert wird.
Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem die Manipulatoren (38a, 38b, 38c) derart betätigt werden, dass die Auswirkung der korrigierbaren Entwicklungskoeffizienten auf den lateralen Bildlatefehler die Auswirkung des nicht korrigierbaren Entwicklungskoeffizienten auf den lateralen Bildlagefehler aufhebt.
Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei die Polynomentwicklung mit Zernike-Polynomen als Polynombasis durchgeführt wird und die Entwicklungskoeffizienten die dabei bestimmten Zernike-Koeffizienten sind.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem der mindestens eine nicht unabhängig korrigierbare Entwicklungskoeffizient den Koeffizienten des Zernike-Polynoms Z10 und/oder den Koeffizienten des Zernike-Polynoms Z11 umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, bei dem der mindestens eine nicht unabhängig korrigierbare Entwicklungskoeffizient die jeweiligen Koeffizienten der Zernike-Polgnome Z19 und Z26 und/oder die jeweiligen Koeffizienten der Zernike-Polyname Z26 und Z27 umfasst.
Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem vor dem Betätigen der Manipulatoren (38a, 38b, 38c) Sollwerte für die korrigierbaren Entwicklungskoeffizienten berechnet werden, indem eine transformierte Polynombasis bestimmt wird, welche gegenüber einer der Polynomentwicklung zugrundegelegten Polynombasis transformiert ist, die entsprechend transformierten Entwicklungskoeffizienten mittels eines Optimierungsalgorithmusses minimiert werden und die minimierten transformierten Entwicklungskoeffizienten zur Bestimmung der Sollwerte auf die untransformierte Basis zurücktransformiert werden.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem bei der Bestimmung der transformierten Polynombasis das dem nicht unabhängig korrigierbaren Entwicklungskoeffizienten zugeordnete Basispolynom in ein transformiertes Basispolynom umgewandelt wird, welches zumindest eines der den korrigierbaren Entwicklungskoeffizienten zugeordneten Basispolynome enthält.
Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem die Aberrationen des Projektionsobjektivs (24) durch Linsenaufheizung erzeugt werden.
Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem die Objektstruktur (44) derart beschaffen ist, dass bei Abbildung derselben in die Bildebene (34) ein Beleuchtungsmuster in der Pupillenebene (28) des Projektionsobjektivs (24) erzeugt wird, welches einzelne beleuchtete Bereiche (48) aufweist, wobei die einzelnen beleuchteten Bereiche (48) auf einer geraden Linie angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem die Projektionsbelichtungsanlage (10) darauf ausgelegt ist, während einer Abbildung einer Maske (22) auf einen Wafer den Wafer entlang der y-Achse eines Koordinatensystems zu bewegen, wobei die gerade Linie entlang der y-Achse oder senkrecht zur y-Achse verläuft.
Projektionsbelichtungsanlage (10) für die Mikrolithographie mit: – einem Projektionsobjektiv (24) zum Abbilden von Maskenstrukturen in eine Bildebene (34), – einer Wellenfrontmesseinrichtung (36) zum Bestimmen einer durch Aberrationen des Projektionsobjektivs (24) bedingten Wellenfrontabweichung einer eingestrahlten Welle in einer Pupillenebene (28) des Projektionsobjektivs (24), – einer Auswerteeinrichtung (42), welche dazu konfiguriert ist, eine Polynomentwicklung der Wellenfrontabweichung durchzuführen und sich daraus ergebende Entwicklungskoeffizienten zu bestimmen, – Manipulatoren (38a, 38b, 38c) zur Korrektur eines Teils der Entwicklungskoeffizienten, wobei mindestens ein weiterer der Entwicklungskoeffizienten mittels der Manipulatoren (38a, 38b, 38c) zumindest nicht unabhängig von anderen Entwicklungskoeffizienten korrigierbar ist, wobei die Auswerteeinrichtung (42) weiterhin dazu konfiguriert ist, für eine mittels des Projektionsobjektivs (24) in die Bildebene (34) abzubildende vorgegebene Objektstruktur (44) die Auswirkung der durch die Entwicklungskoeffizienten charakterisierten Aberrationen auf einen lateralen Bildlagefehlerim Bild der Objektstruktur zu bestimmen, sowie – einer Steuereinrichtung (40), welche dazu konfiguriert ist, die korrigierbaren Entwicklungskoeffizienten durch Betätigen der Manipulatoren (38a, 38b, 38c) derart anzupassen, dass die Auswirkung der korrigierbaren Entwicklungskoeffizienten auf den lateralen Bildlagefehlerder Auswirkung des nicht unabhängig korrigierbaren Entwicklungskoeffizienten auf den lateralen Bildlagefehler entgegenwirkt.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 17, welche dazu konfiguriert ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16 durchzuführen.