DE102011075371A1

DE102011075371A1 - Anordnung mit Projektionsobjektiv für die Mikrolithographie sowie Messvorrichtung zur Vermessung von Justageparametern

Info

Publication number: DE102011075371A1
Application number: DE102011075371A
Authority: DE
Inventors: Markus Göppert; Helmut Haidner
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2011-05-05
Filing date: 2011-05-05
Publication date: 2012-05-16

Abstract

Eine Anordnung umfasst ein Projektionsobjektiv (12, 112) für die Mikrolithographie zum Abbilden von Strukturen aus einer Objektebene (22) in eine Bildebene sowie eine Messvorrichtung (14, 114) zur Vermessung von Justageparametern. Die Messvorrichtung (14, 114) umfasst eine objektseitig angeordnete Messmaske (20, 120), einen bildseitig angeordneten Sensor (24, 124) zum Durchführen einer Wellenfrontmessung an dem Projektionsobjektiv (12, 112) sowie eine Auswerteeinrichtung (30, 130), welche dazu konfiguriert ist, aus dem Wellenfrontmessergebnis Justageparameter in mindestens drei Bewegungsfreiheitsgraden der Messmaske (20, 120) und/oder des Sensors (24, 124) zu bestimmen.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einem Projektionsobjektiv für die Mikrolithographie zum Abbilden von Strukturen aus einer Objektebene in eine Bildebene sowie eine Messvorrichtung zur Vermessung von Justageparametern. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Vermessen mindestens eines Justageparamters.
Ein wichtiges Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Wellenfrontvermessung von hochauflösenden Projektionsobjektiven in der Mikrolithographie zur Halbleiterwaferstrukturierung, um Aberrationen des Projektionsobjektivs mit hoher Präzision bestimmen zu können. Hierzu werden sogenannte Aberrationsmesseinrichtungen verwendet. Diese können, wie dem Fachmann bekannt ist, z. B. eine auf lateraler Scherinterferometrie basierende Technik sowie auch andere interferometrische Techniken, wie Punktbeugungsinterferometrie (mittels PDI – „Point Diffraction Interferometer”), Linienbeugungsinterferometrie (mittels LDI – „Line Diffraction Interferometer”) verwenden. Weiterhin ist die Verwendung eines Shack-Hartmann-Sensors oder eines auf Moirè-Techniken basierenden Sensors möglich.
In einer Ausführungsform der Scherinterferometrie wird in der Objektebene des zu prüfenden optischen Systems eine sogenannte Kohärenzmaske, nachstehend auch Messmaske bezeichnet, angeordnet. Auf dieser befindet sich ein Objekt- oder Messmuster. In der Bildebene des Abbildungssystems ist ein Sensor mit einem als Beugungsgitter ausgebildeten Referenzmuster angeordnet. Durch die Überlagerung der durch Beugung an dem Beugungsgitter erzeugten Wellen entsteht ein Überlagerungsmuster in Form eines Interferogramms, das mit Hilfe eines geeigneten Detektors erfasst wird.
Eine genaue Justage von Messmaske und Sensor ist für alle Messtechniken notwendig, bei denen Strukturen in der Maskenebene auf Stukturen in der Bildgitterebene abgebildet werden. Um die Genauigkeit der Messtechnik zu steigern, sind für bestimmte Freiheitsgrade der Messmaske bzw. des Sensors eine gute Positionierung derselben bezüglich des Projektionsobjektivs hinsichtlich Translationen und vorteilhafterweise auch hinsichtlich Kipps notwendig. Ein herkömmlicher Ansatz beruht darauf, die Aberrationsmesseinrichtung zu stabilisieren, sowie Messmaske und Sensor mit Interferometern anzumessen. Dies ist jedoch mit hohen Kosten verbunden, da z. B. bei der Vermessung von für die EUV-Lithographie konzipierten Projektionsobjektiven Translationen auf ca. 50 nm und Kippungen auf ca. 0,5 μrad begrenzt werden müssen. Außerdem wird bei dieser Technik das Innenleben des Prüflings, das sich z. B. in thermischen Drifts äußern kann, nicht erfasst. Gemäß US 7,301,646 B2 wird eine Kombination aus Moirè- und Wellenfrontmessverfahren verwendet, um x-, y- und z-Position einer Messmaske in Bezug auf eine Sensormaske zu bestimmen.
Bei der Belichtung eines Wafers in einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie ist es wichtig, dass die Lithographiemaske, auch Retikel bezeichnet, präzise auf den Wafer abgebildet wird, d. h. dass Lithographiemaske und Wafer hochgenau zueinander justiert sind. Herkömmlicherweise werden analog zur Abberationsmesseinrichtung auch hier Maske und Wafer mit Interferometern angemessen. Die damit verbunden Probleme sind mit den vorstehend geschilderten Problemen vergleichbar, so erfordert diese Technik eine Stabilisierung der Projektionsbelichtungsanlage in hohem Masse, was mit hohen Kosten verbunden ist.
Zugrunde liegende Aufgabe
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung sowie ein Verfahren der vorstehend genannten Art bereitzustellen, womit die vorgenannten Probleme gelöst werden, und insbesondere eine Justage einer objektseitig angeordneten Maske und/oder eines bildseitig angeordneten Elements auf zeitsparende und kostengünstige Weise bewerkstelligt werden kann.
Erfindungsgemäße Lösung
Die vorgenannte Aufgabe kann erfindungsgemäß gelöst werden mit einer Anordnung mit einem Projektionsobjektiv für die Mikrolithographie zum Abbilden von Strukturen aus einer Objektebene in eine Bildebene sowie einer Messvorrichtung zur Vermessung von Justageparametern. Die Messvorrichtung umfasst eine objektseitig angeordnete Messmaske, einen bildseitig angeordneten Sensor zum Durchführen einer Wellenfrontmessung an dem Projektionsobjektiv sowie eine Auswerteeinrichtung. Die Auswerteeinrichtung ist dazu konfiguriert, aus dem Wellenfrontmessergebnis Justageparameter in mindestens drei Bewegungsfreiheitsgraden der Messmaske und/oder des Sensors zu bestimmen.
Gemäß einer Ausführungsform umfassen die mindestens drei Bewegungsfreiheitsgrade alle drei Translationsfreiheitsgrade der Messmaske relativ zum Sensor, d. h. die Freiheitsgrade bezüglich x-, y- und z-Translation, wobei z in Richtung der optischen Achse des Projektionsobjektivs und x und y quer zur z-Achse verlaufen. Unter die genannten Bewegungsfreiheitsgrade können auch Verkippungen bzw. Rotationen der Messmaske und/oder des Sensors fallen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Auswerteeinrichtung dazu konfiguriert aus dem Wellenfrontmessergebnis Justageparameter in mindestens sechs, insbesondere in mindestens neun, Bewegungsfreiheitsgraden der Messmaske und/oder des Sensor zu bestimmen.
Die erfindungsgemäße Bestimmung von mindestens drei Justageparametern aus der Wellenfrontmessung ermöglicht es, die Messmaske und/oder den Sensor einer Aberrationsmesseinrichtung für eine nachfolgende Aberrationsmessung mit ausreichender Genauigkeit zu justieren. Durch die Bestimmung aus der Wellenfrontmessung werden zusätzliche Messinterferometer überflüssig. Vielmehr können die für die Aberrationsmessung ohnehin benötigte Messmaske sowie Sensor auch für die Justagemessung verwendet werden, wodurch Kosten gespart werden können. Da bei der erfindungsgemäßen Messung der Justagemessstrahlengang mit dem Strahlengang bei der Aberrationsmessung übereinstimmt, können bei der Messung etwa auch durch thermische Drifts bedingte Auswirkungen auf die Justageparameter erfasst werden.
Die erfindungsgemäße Bestimmung von mindestens drei Justageparametern aus der Wellenfrontmessung ermöglicht auch eine zeit- und kostensparende Justage von Lithographiemaske und Wafer vor einem Belichtungsvorgang in einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie. Dies kann bewerkstelligt werden, indem vor dem Belichtungsvorgang mittels Messmaske und Sensor eine Wellenfrontmessung durchgeführt wird und daraus erfindungsgemäß die Justageparamter von Messmaske und/oder Sensor bestimmt werden. Aus den bestimmten Justageparametern kann daraufhin über eine vorbekannte Positionskorrelation zwischen Messmaske und Lithographiemaske einerseits und zwischen Sensor und Wafer andererseits eine Justage von Lithographiemaske und Wafer vorgenommen werden.
Wie bereits vorstehend erwähnt, kann gemäß einer Ausführungsform nach der Erfindung die Messvorrichtung Teil einer Aberrationsmesseinrichtung sein. Die Aberrationsmesseinrichtung ist dazu konfiguriert, aus einem Wellenfrontmessergebnis Abbildungsfehler des Projektionsobjektivs zu bestimmen. Dabei können die Abbildungsfehler direkt aus der im Rahmen der Justageparameterbestimmung durchgeführten Wellenfrontmessung oder einer weiteren Wellenfrontmessung bestimmt werden.
Wie ebenfalls bereits vorstehend erwähnt, kann die erfindungsgemäße Anordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung Teil einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie sein. Eine derartige Projektionsbelichtungsanlage ist dazu konfiguriert, im Rahmen eines Belichtungsvorganges eine Lithographiemaske auf einen Wafer abzubilden. Weiterhin kann die Projektionsbelichtungsanlge eine Justagevorrichtung aufweisen, welche dazu konfiguriert ist, auf Grundlage der bestimmten Justageparameter vor Ausführung des Belichtungsvorganges die Lithographiemaske und/oder den Wafer zu justieren. Die Justage von Lithographiemaske und Wafer kann zueinander und/oder in Bezug auf das Projektionsobjektiv erfolgen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung ist die Auswerteeinrichtung dazu konfiguriert, mindestens einen Drehfreiheitsgrad und/oder mindestens einen axialen Translationsfreiheitsgrad der Messmaske und/oder des Sensors zu bestimmen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung ist die Auswerteeinrichtung dazu konfiguriert, mindestens drei der folgenden Justageparamter zu bestimmen: eine Position der Messmaske relativ zum Sensor in zumindest einer lateralen Richtung, eine Position der Messmaske relativ zum Projektionsobjektiv in axialer Richtung, eine Position des Sensors relativ zum Projektionsobjektiv in axialer Richtung, eine Kippstellung der Messmaske und/oder des Sensors in Bezug auf mindestens eine quer zur optischen Achse des Projektionsobjektivs verlaufenden Kippachse sowie eine axiale Drehstellung der Messmaske relativ zum Sensor. Axiale und laterale Richtung beziehen sich in diesem Zusammenhang auf die optische Achse des Projektionsobjektivs, welche senkrecht zur Messmaske und Sensorfläche angeordnet ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung ist die Auswerteeinrichtung dazu konfiguriert, aus dem Wellenfrontmessergebnis die Zernike-Koeffizienten Z2, Z3 und/oder Z4 zu ermitteln und daraus die Justageparameter zu bestimmen. Die Bezeichnung der Zernike-Koeffizienten erfolgt gemäß der sogenannten Fringe-Sortierung, wie im speziellen Teil der Bechreibung näher erläutert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung umfasst die Messmaske eine erste periodische Strukur und der Sensor eine zweite periodische Struktur. Ferner weist die erfindungsgemäße Anordnung weiterhin auf: eine Strahlungsquelle zum Erzeugen von die Messmaske, das Projektionsobjektiv sowie den Sensor durchstrahlender Messstrahlung, sowie einen in einer zur Pupillenebene des Projektionsobjektivs konjugierten Ebene angeordneten zwei-dimensional auflösenden Detektor zum Aufzeichen einer Intensitätsverteilung für mindestens zwei Feldpunkte der Messmaske. Die Intensitätsverteilung ist eine Funktion einer Phasenverteilung in der Pupillenebene, eines durch nicht-interferenzfähige Anteile der Messstrahlung erzeugten Offsets A sowie einer durch die Intensität der Strahlungsquelle bestimmten Modulation B. Die Auswerteeinrichtung ist dazu konfiguriert, die Phasenverteilung aus der Intensitätsverteilung zu ermitteln und dabei für zumindest einen der Parameter A und B einen vorgegebenen Wert anzusetzen.
Erfindungsgemäß wird weiterhin ein Verfahren zum Vermessen mindestens eines Justageparameters bereitgestellt. Dieses Verfahren umfasst die Schritte: Bereitstellen eines Projektionsobjektivs für die Mikrolithographie zum Abbilden von Strukturen aus einer Objektebene in eine Bildebene, sowie objektseitiges Anordnen einer Messmaske mit einer ersten periodischen Struktur sowie bildseitiges Anordnen eines Sensors mit einer zweiten periodischen Struktur. Darüber hinaus wird die Messmaske, das Projektionsobjektivs sowie der Sensor mit Messstrahlung durchstrahlt und eine Intensitätsverteilung wird für mindestens zwei Feldpunkte der Messmaske mit einem in einer zur Pupillenebene des Projektionsobjektivs konjugierten Ebene angeordneten zwei-dimensional auflösenden Detektor aufgezeichnet. Dabei ist die Intensitätsverteilung eine Funktion einer Phasenverteilung in der Pupillenebene, eines durch nicht-interferenzfähige Anteile der Messstrahlung erzeugten Offsets A sowie einer durch die Intensität des Messlichts bestimmten Modulation B. Erfindungsgemäß wird weiterhin ein Wert für zumindest einen der Parameter A und B vorgegeben und die Phasenverteilung wird aus der aufgezeichneten Intensitätsverteilung unter Verwendung des vorgegebenen Wertes ermittelt. Weiterhin wird mindestens ein Justageparameter der Messmaske und/oder des Sensors aus der ermittelten Phasenverteilung bestimmt. Die erfindungsgemäße Verwendung eines vorgegebenen Wertes für zumindest einen der Parameter A und B ermöglicht es, die Phasenverteilung mit verringertem Zeitaufwand zu bestimmen. So kann die Anzahl der zur Messung verwendeten Phasenschritte reduziert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung wird die Messstrahlung mit unterschiedlichen Phasenoffsets, oft auch Phasenschritte bezeichnet, auf das Projektionsobjektiv eingestrahlt, die Intensitätsverteilung wird für maximal zwei Phasenoffsets bestimmt und daraus wird die Phasenverteilung ermittelt. Herkömmlicherweise wird die Intensitätsverteilung für eine wesentlich größere Anzahl an Phasenoffsets, beispielsweise sechzehn, bestimmt. Die Beschränkung auf maximal zwei Phasenoffsets reduziert damit den Messaufwand.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung werden aus der ermittelten Phasenverteilung die Zernike-Koeffizienten Z2, Z3 und/oder Z4 ermittelt und daraus der mindestens eine Justageparameter bestimmt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung werden nacheinander mehrere Intensitätsverteilungen ohne Veränderung der Phase des auf das Projektionsobjektiv eingestrahlten Messlichts aufgezeichnet und die aufgezeichneten Intensitätsverteilungen werden vor der Ermittlung der Phasenverteilung gemittelt. Damit kann die Reproduzierbarkeit der Messung verbessert werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung wird mittels eines Energiesensors die zeitliche Stabilität der Messstrahlung gemessen, und das Messergebnis wird bei der Ermittlung der Phasenverteilung berücksichtigt. Auch diese Maßnahme ermöglicht eine Verbesserung der Reproduzierbarkeit der Messung.
Die bezüglich der vorstehend aufgeführten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Anordnung angegebenen Merkmale können entsprechend auf das erfindungsgemäße Verfahren übertragen werden. Umgekehrt können die bezüglich der vorstehend ausgeführten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens 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 Schnittansicht einer Aberrationsmesseinrichtung zum Vermessen von Wellenfrontfehlern eines Projektionsobjektivs für die Mikrolithographie mit einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung zur Vermessung von Justageparametern einer Messmaske und/oder eines Sensors,
2 Diagramme, die bei der Vermessung der Justageparameter aufgezeichnete Intensitätsmodulationen veranschaulichen,
3 ein Flussdiagramm, welches die erfindungsgemäße Bestimmung von die Justageparameter charakterisierenden Zernikekoeffizienten veranschaulicht,
4 ein weiteres Flussdiagramm, welches die Justage von Messmaske und/oder Sensor auf Grundlage der bestimmten Zernikekoeffizienten veranschaulicht, sowie
5 eine Projektionsbelichtugsanlage für die Mikrolithographie mit einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung zur Vermessung von Justageparametern einer Messmaske und/oder eines Sensors.
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.
Zur Erleichterung der Beschreibung der Projektionsbelichtungsanlage ist in der Zeichnung ein kartesisches xyz-Koordinatensystem angegeben, aus dem sich die jeweilige Lagebeziehung der in den Figuren dargestellten Komponenten ergibt. In 1 verläuft die y-Richtung senkrecht zur Zeichenebene aus dieser heraus, die x-Richtung nach rechts und die z-Richtung nach oben.
1 zeigt eine Aberrationsmesseinrichtung 10 zum Vermessen von Wellenfrontfehlern eines Projektionsobjektivs 12 einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie. Das Projektionsobjektiv 12 dient zum Abbilden von Maskenstrukturen aus einer Objektebene 22 in eine Bildebene 26 und kann auf Belichtungsstrahlung unterschiedlicher Wellenlängen ausgelegt sein, wie z. B. 248 nm oder 193 nm. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Projektionsobjektiv 12 auf eine Wellenlänge im EUV-Wellenlängenbereich, z. B. 13,5 nm, ausgelegt.
Die Aberrationsmesseinrichtung 10 umfasst eine Messstrahlungsquelle 16 zur Erzeugung von Messstrahlung 17 mit der Betriebswellenlänge des zu testenden Projektionsobjektivs 12, im vorliegenden Fall in Gestalt von EUV-Strahlung. Die Messstrahlung 17 durchläuft ein Beleuchtungssystem 18 und wird von diesem auf eine in der Objektebene 22 angeordnete Messmaske 20 eingestrahlt. Die Messmaske 20, oft auch „Kohärenzmaske” bezeichnet, weist eine erste periodische Struktur auf. In der Bildebene 26 ist ein Sensor 24 angeordnet, der eine zweite periodische Struktur aufweist. Als periodische Strukturen können z. B. lineare Gitterstrukturen in der Messmaske 20 in Kombination mit Schachbrettstrukturen im Sensor 24 Verwendung finden. Auch können Schachbrettstrukturen in der Messmaske 20 mit Schachbrettstrukturen im Sensor 24 kombiniert werden. Auch andere dem Fachmann aus dem Gebiet der Scherinterferometrie oder der Punktbeugungsinterferometrie bekannte Kombinationen von periodischen Strukturen können Verwendung finden.
Unterhalb des Sensors 24, und zwar in einer zur Pupillenebene des Projektionsobjektivs 12 konjugierten Ebene, ist ein zweidimensional-auflösender Detektor 28 in Gestalt einer Kamera angeordnet. Die Messmaske 20, der Sensor 24 und der Detektor 28 bilden ein dem Fachmann bekanntes Scherinterferometer oder Punktbeugungsinterferometer und dienen dazu, Wellenfrontfehler des Projektionsobjektivs 12 zu vermessen. Dazu werden dem Fachmann bekannte Phasenschiebeverfahren angewendet. Um die Wellenfrontfehler präzise messen zu können, ist eine genaue Justage der Messmaske 20 in der Objektebene 22 sowie eine genaue Justage des Sensors 24 in der Bildebene 26 wichtig.
Erfindungsgemäß wird daher zunächst eine, Justagezwecken dienende, erste Wellenfrontmessung vorgenommen. Diese erfolgt mittels der vorstehend beschriebenen Messmaske 20, Sensor 24 sowie Detektor 28. Die genannten Elemente werden daher auch als Messvorrichtung 14 zur Vermessung von Justageparametern bezeichnet. Bei der, Justagezwecken dienenden, ersten Wellenfrontmessung wird erfindungsgemäß die Anzahl der Phasenschritte gegenüber einer der Aberrationsbestimmung des Projektionsobjektivs 12 dienenden Wellenfrontmessung verringert, wie nachfolgend näher erläutert.
Die bei der Wellenfrontmessung auf dem zweidimensional auflösenden Detektor 28 für einen Feldpunkt der Messmaske 20 für einen Phasenschritt n aufgezeichnete Intensitätsmodulation I(x, y) lässt sich durch folgende Funktion beschreiben: I(x, y) = A + B cos(Φ(x, y) + 2π·(n – 1)/N) (1) wobei x, y die Koordinaten der Detektionsfläche des Detektors 28 bezeichnen, diese entsprechen den Koordinaten in der Pupillenebene des Projektionsobjektivs 12. A bezeichnet einen durch nicht-interferenzfähige Anteile der Messstrahlung 17 erzeugten Offset, B eine durch die Intensität der Messstrahlung 17 bestimmte Modulation, Φ(x, y) die Phasenverteilung in der Pupille des Objektivs 12, und N die Gesamtzahl der für die Wellenfrontmessung ausgeführten Phasenschritte. Unter den einzelnen Phasenschritten ist zu verstehen, dass die Messstrahlung 17 mit unterschiedlichen Phasenoffsets auf das Projektionsobjektiv 12 eingestrahlt wird. Die Phasenoffsets können beispielsweise durch ein Verschieben der Messmaske in der x-y-Ebene erzeugt werden.
Die zu bestimmende Wellenfront wird durch die Phasenverteilung Φ(x, y) definiert. Bei einer herkömmlichen, der Aberrationsbestimmung des Projektionsobjektivs 12 dienenden, Wellenfrontmessung werden mindestens drei Phasenoffsets bzw. Phasenschiebeschritte benötigt, um die drei Unbekannten von Gleichung (1), nämlich A, B und Φ(x, y) zu bestimmen. Da bei der Phasenschiebung in der Regel systematische Fehler und Reproduktionsfehler auftreten, werden in der Regel wesentlich mehr Phasenschiebeschritte, z. B. sechzehn, durchgeführt. Dies ist jedoch zeitaufwendig. 2 zeigt die Intensitätsmodulation für einen Pupillenpunkt (x, y) als Funktion der Phasenschritte, auf der linken Seite für eine Phasenschiebung in x-Richtung und auf der rechten Seite für eine Phasenschiebung in y-Richtung.
Für die, den Justagezwecken dienende, erste Wellenfrontmessung wird erfindungsgemäß zur Beschleunigung der Messung die Anzahl der Phasenschritte reduziert. Dies wird dadurch ermöglicht, dass zu Justagezwecken die Genauigkeitsanforderungen an die Wellenfrontmessung in mancher Hinsicht geringer angesetzt werden können. So wird gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der Offset A und die Modulation B vorab abgeschätzt und bei der Auswertung der Gleichung (1) als bekannt vorgegeben. Dazu wird eine ausreichend stabile Messstrahlungsquelle 16 verwendet, bei der Intensitätsveränderungen in der ausgesandten Messstrahlung 17 im Rahmen der zur Justagemessung benötigten Genauigkeit vernachlässigbar sind.
Gemäß einer Variante erfolgt lediglich ein Phasenschritt und es wird nur ein Interferogramm in Gestalt der Intensitätsverteilung I(x, y) für die x-Ableitung und ein Interferogramm für die y-Ableitung aufgezeichnet. Damit können Phaseninformationen durch Aufnahme nur eines Kamerabildes, und damit in kürzester Zeit, ermittelt werden. Um mit einem Kamerabild auszukommen, können lineare Gitterstrukturen in der Messmaske 20 in Kombination mit Schachbrettstrukturen im Sensor 24 verwendet werden. Werden zwei Kamerabilder aufgezeichnet, können Schachbrettstrukturen in der Messmaske 20 in Kombination mit Schachbrettstrukturen im Sensor 24 Verwendung finden.
Für den Fall, dass das Phasenschieben mit einer verringerten Anzahl an Phasenschritten durchgeführt wird, wird erfindungsgemäß auf eine „langsame Phasenschiebung” verzichtet. Bei der „langsamen Phasenschiebung” betragen die Phasenschritte lediglich Bruchteile der Gitterperiode. In dem oben genannten Fall wird anstatt einer langsamen Phasenschiebung eine dem Fachmann z. B. aus DE 101 09 929 A1 bekannte „schnelle Phasenschiebung”, bei der die Phasenschritte ein ganzzahliges Vielfaches der Gitterperiode betragen, durchgeführt. Dabei können die beiden Interferogramme durch Richtungswechsel der schnellen Phaseschieberichtung generiert werden.
Wie vorstehend erwähnt, wird gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform die Anzahl der Phasenschritte reduziert, indem Offset A und Modulation B als bekannt vorgegeben werden. Dazu werden, je nach Ausführungsform, eine oder mehrere der nachstehend aufgeführten erfindungsgemäßen Maßnahmen ergriffen. Eine erste Maßnahme betrifft die Minimierung des Absolutfehlers. Dies kann durch Generierung einer homogenen Beleuchtung der periodischen Strukturen auf der Messmaske 20 und durch Verwendung von über die Pupille und das Feld konstantem Offset A und Modulation B erfolgen. Falls dies nicht möglich ist, so kann der Offset A und die Modulation B für die einzelnen Pupillen des Feldes hinterlegt werden. In der Ausführungsform gemäß 1 erfolgt keine Korrektur der Abbe'schen Sinusbedingung. Deshalb sind Offset A und Modulation B über die Pupille nicht konstant. Die Korrektur muss zusätzlich hinterlegt werden. Die gemessenen Offsets bzw. Modulationen werden dann für die Berechnung der Objektivphasen genutzt.
Eine weitere Maßnahme betrifft die Minimierung des Reproduzierbarkeitsfehlers. Für die parallele Messung von Verzeichnung und Bildschale ist es unerlässlich, dass eine hohe zeitliche Korrelation der Intensitäten zwischen den einzelnen Messstrukturen vorliegt. Dies gilt in verstärktem Masse für das erfindungsgemäße Interferogrammverfahren, da hier nicht über mehrere Bilder gemittelt wird. Intensitätsfluktuationen der Messstrahlungsquelle 16 führen hauptsächlich zu Reproduzierbarkeitsfehlern in den Zernike-Koeffizienten Z2, Z3 und Z4.
Diese Zernike-Koeffizienten sind am empfindlichsten bezüglich Dejustage der Messmaske 20 und des Sensors 24 und werden deshalb für das Feinalignment benutzt, wie nachstehend näher erläutert. Durch die Aufzeichnung mehrerer, nicht phasengeschobener Interferogramme kann die Reproduzierbarkeit auf Kosten der Messzeit verbessert werden. Alternativ oder zusätzlich kann mit Hilfe eines Energiesensors die zeitliche Stabilität der Messstrahlung 17 gemessen werden und der Effekt der Intensitätsfluktuationen minimiert werden.
Die erfindungsgemäß während der ersten Wellenfrontmessung ermittelte Phasenverteilung Φ(x, y) wird mittels einer Auswerteeinrichtung 30 durch eine Polynomentwicklung, wie etwa der dem Fachmann bekannten Zernike-Entwicklung analyisert. Bei Bezugnahme auf Zernike-Koeffizienten im Rahmen dieser Anmeldung wird die sogenannte Fringe-Sortierung zugrunde gelegt, die 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 ist. Bei der Auswertung der Phasenverteilung Φ(x, y) werden die Zernike-Koeffizienten Z2, Z3 und Z4 für mindestens zwei Feldpunkte der Messmaske 20 ermittelt. Aus diesen Werten werden daraufhin neun Justageparamter bestimmt, nämlich:

– die Position der Messmaske 20 relativ zum Sensor 24 in x-Richtung, mit anderen Worten die Translation der Messmaske x relativ zu Sensor x,
– die Position der Messmaske 20 relativ zum Sensor 24 in y-Richtung, mit anderen Worten die Translation der Messmaske y relativ zu Sensor y,
– die Position der Messmaske 20 relativ zum Projektionsobjektiv 12 in z-Richtung, mit anderen Worten die Translation der Messmaske z relativ zum Projektionsobjektiv,
– die Position des Sensors 24 relativ zum Projektionsobjektiv 12 in z-Richtung, mit anderen Worten die Translation des Sensors z relativ zum Projektionsobjektiv,
– die Kippstellung der Messmaske 20 bezüglich der x-Achse, mit anderen Worten die Rotation R_x der Messmaske um die x-Achse,
– die Kippstellung der Messmaske 20 bezüglich der y-Achse, mit anderen Worten die Rotation R_y der Messmaske um die y-Achse,
– die Drehstellung der Messmaske 20 relativ zum Sensor 24 bezüglich der z-Achse, mit anderen Worten die Rotation der Messmaske zum Sensor um die z-Achse,
– die Kippstellung des Sensors 24 bezüglich der x-Achse, mit anderen Worten die Rotation des Sensors um die x-Achse, sowie
– die Kippstellung des Sensors 24 bezüglich der y-Achse, mit anderen Worten die Rotation des Sensors um die y-Achse.

Nach Bestimmung der Justageparamter werden Messmaske 20 und Sensor 24 entsprechend justiert, sodass die in den Justageparametern enthaltenen Offsets verschwinden. Nach der Justage wird nun die vorstehend erwähnte zweite, präzisere Wellenfrontmessung zur genauen Bestimmung der Aberrationen des Projektionsobjektivs 12 durchgeführt. Dies erfolgt, wie bereits erwähnt, mit der bereits für die erste Wellenfrontmessung verwendeten, die Messmaske 20 und den Sensor 24 aufweisenden, Messvorrichtung 14.
Bezugnehmend auf die in 3 und 4 dargestellten Flussdiagramme wird die bereits vorstehend allgemein erläuterte erfindungsgemäße Justage der Messvorrichtung 14 in einer speziellen Ausführungsform beschrieben. Zunächst werden mindestens zwei Interferogramme, davon mindestens eines für die x-Richtung und mindestens eines für die y-Richtung, für i Feldpunkte aufgenommen. Werden Strukturen für x-Richtung und y-Richtung ineinander verschränkt, ist es möglich, x- und y-Interferogramme mit der Aufnahme lediglich eines Bildes zu messen. Dies kann durch Verschränkung über orthogonale Linienmasken auf der Messmaske 20 und über zweidimensionale Gitter erfolgen. Dabei entfällt die schnelle Phasenschiebung.
Als nächster Schritt werden der Kontrast und die Modulation korrigiert. Eine Sinuskorrektur wird durchgeführt. Daraufhin werden die Zernike-Koeffizienten Z2, Z3 und Z4 aus den beiden Interferogrammen durch Bestimmung des Mittelwerts und der Kipps berechnet. Mit Hilfe der berechneten Z2, Z3 und Z4-Werte für i Feldpunkte werden die Freiheitsgrade der Messmaske 20 und des Sensors 24 mit Hilfe z. B. eines Optimierungsverfahrens, basierend auf den Justagesensitivitäten berechnet. Die vermessenen Feldpunkte der Messmaske 20 werden so gewählt, dass sie eine große Sensitivität bezüglich der Freiheitsgrade aufweisen. In einem weiteren Schritt werden Messmaske 20 und Sensor 24 bezüglich ihrer Freiheitsgrade (Translationen/Kipps) justiert, um die benötigte Messgenauigkeit zu erreichen.
Das erfindungsgemäße Justageverfahren weist eine Reihe von Vorteilen auf. Diese umfassen eine hohe Absolutgenauigkeit der Aberrationsmessung, da die Justage in der Messstellung durchgeführt wird. Weiterhin kann eine zeitliche Änderung in der Ausrichtung des Projektionsobjektivs 12 mit erfasst werden, da der Justagestrahlengang und der Aberrationsmessstrahlengang identisch sind. Eine Trennung zwischen Fehlstellungen der Messmaske 20 bzw. des Sensors 24 bezüglich des Projektionsobjektivs ist möglich. Die Bestimmung von neun Justagefreiheitsgraden ist möglich auf Grundlage von nur einem Kamerabild.
Alternativ oder zusätzlich zur vorstehend beschriebenen interferometrischen Wellenfrontmessung kann zur Bestimmung der Justageparameter auch eine Moirè-Messung durchgeführt werden.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 5 eine erfindungsgemäße Anwendung des vorstehend beschriebenen Verfahrens zur Bestimmung von Justageparametern für die Justage einer Lithographiemaske 136 sowie eines Wafers 148 vor der Ausführung eines Belichtungsvorganges in einer Projektionsbelichtungsanlage 110 für die Mikrolithographie beschrieben.
Die in 5 schematisch veranschaulichte Projektionsbelichtungsanlage 110 weist eine zeichnerisch nicht dargestellte Strahlungsquelle zur Erzeugung von Belichtungsstrahlung 116 auf. Die Belichtungsstrahlung 116 kann je nach Auslegung der Projektionsbelichtungsanlage unterschiedliche Wellenlängen aufweisen, wie z. B. 248 nm, 193 nm und insbesondere eine Wellenlänge im EUV-Wellenlängenbereich, z. B. 13,5 nm. Die Belichtungsstrahlung 116 durchläuft ein ebenfalls nicht zeichnerisch dargestelltes Beleuchtungssystem und trifft daraufhin auf eine Lithographiemaske 136 auf.
Die Projektionsbelichtungsanlage 110 umfasst ein Projektionsobjektiv 112, welches dazu dient, auf der Lithograpiemaske 136 angeordnete Maskenstrukturen auf ein Bildfeld 148 eines in einer Bildebene angeordneten Wafers 146 abzubilden. Dies erfolgt im Rahmen eines sogenannten Belichtungsvorganges. Vor der Ausführung eines derartigen Belichtungsvorganges, erfolgt ein Justagevorgang, bei dem die Lithographiemaske 136 und der Wafer 146 mit hoher Genauigkeit justiert werden. Dieser Justagevorgang erfolgt erfindungsgemäß mittels der vorstehend erläuterten Wellenfrontmessung. Dazu weist die Projektionsbelichtungsanlage 110 eine Messvorrichtung 114 auf, die eine Messmaske 120, eine Sensormaske 124, ein Detektormodul 142 sowie eine Auswerteeinrichtung 130 umfasst. Die Messmaske 120, die Sensormaske 124 sowie das Detektormodul 142 weisen jeweils eine zentrale Öffnung 132, 138 bzw. 144 zum Durchtritt der Belichtungsstrahlung 116 während des Belichtungsvorganges auf.
Die Messmaske 120 ist oberhalb der Objektebene angeordnet und weist vier, um die zentrale Öffnung 132 gruppierte periodische Strukturen 134 auf. Diese werden von einer Messstrahlung 117 durchstrahlt, die mit der Belichtungsstrahlung 116 identisch ist, jedoch lediglich in dem Bereich außerhalb der Lithographiemaske 136 eingestrahlt wird. Die Sensormaske 124 umfasst ebenfalls vier, analog zu den Strukturen 134 angeordnete, periodische Strukturen 140.
Auf dem unterhalb der Sensormaske 124 angeordneten Detektormodul 142 sind vier zweidimensional auflösende Detektoren 128 angeordnet. Diese dienen jeweils zum Aufzeichnen von Interferenzmustern, die jeweils mittels einander zugeordneten periodischen Strukturen 134 und 140 erzeugt werden. Die Detektoren 128 sind jeweils an die Auswerteeinrichtung 130 angeschlossen. Erfindungsgemäß werden die bezüglich der Abberrationsmessvorrichtung 10 aus 1 aufgeführten neun Justageparameter hinsichtlich der Justageposition der Messmaske 120 und der Sensormaske 124 analog zum bezüglich 1 beschriebenen Verfahren vermessen. Dabei entspricht die Messmaske 120 der Messmaske 20 und die Sensormaske 124 dem Sensor 24.
Die bezüglich der Justageposition von Messmaske 120 und Sensormaske 124 ermittelten Justageparameter werden verwendet, um die Lithographiemaske 136 sowie den Wafer 146 vor Ausführung des Belichtungsvorganges zu justieren. Vorteile des erfindungsgemäßen Justageverfahrens umfassen die Tatsache, dass der Justagestrahlengang und der Belichtungsstrahlengang identisch sind. Eine im zeitlichen Verlauf erfolgende Veränderung im Projektionsobjektivs 112 wird mit erfasst.
Es kann eine hohe Justagegeschwindigkeit erreicht werden, da für die Gewinnung eines Justagerezepts, auch Alignmentrezept bezeichnet, nur ein bis zwei Kameraaufnahmen benötigt werden. Wie bereits erwähnt, können bis zu neun Freiheitsgrade auf Grundlage der Aufnahme nur eines Kamerabildes justiert werden. Weiterhin kann das Justagesystem auch für eine Linsenaufheizungsmesstechnik Anwendung finden, da prinzipiell mit der erfindungsgemäßen Justagemesstechnik auch die Zernike-Koeffizienten Z5 bis Z37 gemessen werden können und daraus Rezepte zur Manipulation optischer Elemente des Projektionsobjektivs abgeleitet werden können.
Bezugszeichenliste

10: Aberrationsmesseinrichtung
12: Projektionsobjektiv
14: Messvorrichtung zur Vermessung von Justageparametern
16: Messstrahlungsquelle
17: Messstrahlung
18: Beleuchtungssystem
20: Messmaske
22: Objektebene
24: Sensor
26: Bildebene
28: Detektor
30: Auswerteeinrichtung
110: Projektionsbelichtungsanlage
112: Projektionsobjektiv
114: Messvorrichtung
116: Belichtungsstrahlung
117: Messstrahlung
120: Messmaske
124: Sensormaske
128: Detektor
130: Auswerteeinrichtung
132: zentrale Öffnung
134: erste periodische Struktur
136: Lithographiemaske
138: zentrale Öffnung
140: zweite periodische Struktur
142: Detektormodul
144: zentrale Öffnung
146: Wafer
148: Bildfeld

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

US 7301646 B2 [0004]
DE 10109929 A1 [0038]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Tabelle 20-2 auf Seite 215 des „Handbook of Optical Systems”, Vol. 2 von H. Gross, 2005 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA [0042]

Claims

Anordnung mit einem Projektionsobjektiv (12, 112) für die Mikrolithographie zum Abbilden von Strukturen aus einer Objektebene (22) in eine Bildebene sowie einer Messvorrichtung (14, 114) zur Vermessung von Justageparametern, wobei die Messvorrichtung (14, 114) eine objektseitig angeordnete Messmaske (20, 120), einen bildseitig angeordneten Sensor (24, 124) zum Durchführen einer Wellenfrontmessung an dem Projektionsobjektiv (12, 112) sowie eine Auswerteeinrichtung (30, 130) umfasst, welche dazu konfiguriert ist, aus dem Wellenfrontmessergebnis Justageparameter in mindestens drei Bewegungsfreiheitsgraden der Messmaske (20, 120) und/oder des Sensors (24, 124) zu bestimmen.
Anordnung nach Anspruch 1, bei der die Messvorrichtung (14) Teil einer Aberrationsmesseinrichtung (10) ist, welche dazu konfiguriert ist, aus einem Wellenfrontmessergebnis Abbildungsfehler des Projektionsobjektivs (12) zu bestimmen.
Anordnung nach Anspruch 1, welche Teil einer Projektionsbelichtungsanlage (110) für die Mikrolithographie ist, wobei die Projektionsbelichtungsanlage (110) dazu konfiguriert ist, im Rahmen eines Belichtungsvorganges eine Lithographiemaske (136) auf einen Wafer (146) abzubilden, und eine Justagevorrichtung aufweist, welche dazu konfiguriert ist, auf Grundlage der bestimmten Justageparameter vor Ausführung des Belichtungsvorganges die Lithographiemaske (136) und/oder den Wafer (146) zu justieren.
Anordnung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei der die Auswerteeinrichtung (30, 130) dazu konfiguriert ist, mindestens einen Drehfreiheitsgrad und/oder mindestens einen axialen Translationsfreiheitsgrad der Messmaske (20, 120) und/oder des Sensors (24, 124) zu bestimmen.
Anordnung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei der die Auswerteeinrichtung (30, 130) dazu konfiguriert ist, mindestens drei der folgenden Justageparamter zu bestimmen: eine Position der Messmaske (20, 120) relativ zum Sensor (24, 124) in zumindest einer lateralen Richtung, eine Position der Messmaske (20, 120) relativ zum Projektionsobjektiv (12, 112) in axialer Richtung, eine Position des Sensors (24, 124) relativ zum Projektionsobjektiv (12, 112) in axialer Richtung, eine Kippstellung der Messmaske (20, 120) und/oder des Sensors (24, 124) in Bezug auf mindestens eine quer zur optischen Achse des Projektionsobjektivs (12, 112) verlaufenden Kippachse sowie eine axiale Drehstellung der Messmaske (20, 120) relativ zum Sensor (24, 124).
Anordnung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei der die Auswerteeinrichtung (30, 130) dazu konfiguriert ist, aus dem Wellenfrontmessergebnis die Zernike-Koeffizienten Z2, Z3 und/oder Z4 zu ermitteln und daraus die Justageparameter zu bestimmen.
Anordnung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei der die Messmaske (20, 120) eine erste periodische Strukur und der Sensor (24, 124) eine zweite periodische Struktur umfasst und die Anordnung weiterhin aufweist: eine Strahlungsquelle (16) zum Erzeugen von die Messmaske (20, 120), das Projektionsobjektiv (12, 112) sowie den Sensor (24, 124) durchstrahlender Messstrahlung (17, 117), sowie einen in einer zur Pupillenebene des Projektionsobjektivs (12, 112) konjugierten Ebene angeordneten zwei-dimensional auflösenden Detektor (28, 128) zum Aufzeichen einer Intensitätsverteilung für mindestens zwei Feldpunkte der Messmaske (20, 120), wobei die Intensitätsverteilung eine Funktion einer Phasenverteilung in der Pupillenebene, eines durch nicht-interferenzfähige Anteile der Messstrahlung erzeugten Offsets A sowie einer durch die Intensität der Strahlungsquelle (16) bestimmten Modulation B ist, und die Auswerteeinrichtung dazu konfiguriert ist, die Phasenverteilung aus der Intensitätsverteilung zu ermitteln und dabei für zumindest einen der Parameter A und B einen vorgegebenen Wert anzusetzen.
Verfahren zum Vermessen mindestens eines Justageparameters mit den Schritten: – Bereitstellen eines Projektionsobjektivs (12, 112) für die Mikrolithographie zum Abbilden von Strukturen aus einer Objektebene (22) in eine Bildebene (26), – objektseitiges Anordnen einer Messmaske (20, 120) mit einer ersten periodischen Struktur sowie bildseitiges Anordnen eines Sensors (24, 124) mit einer zweiten periodischen Struktur, – Durchstrahlen der Messmaske (20, 120), des Projektionsobjektivs (12, 112) sowie des Sensors (24, 124) mit Messstrahlung (17, 117), – Aufzeichnen einer Intensitätsverteilung für mindestens zwei Feldpunkte der Messmaske (20, 120) mit einem in einer zur Pupillenebene des Projektionsobjektivs (12, 112) konjugierten Ebene angeordneten zwei-dimensional auflösenden Detektor (28, 128), wobei die Intensitätsverteilung eine Funktion einer Phasenverteilung in der Pupillenebene, eines durch nicht-interferenzfähige Anteile der Messstrahlung erzeugten Offsets A sowie einer durch die Intensität des Messlichts bestimmten Modulation B ist, – Vorgeben eines Wertes für zumindest einen der Parameter A und B und Ermitteln der Phasenverteilung aus der aufgezeichneten Intensitätsverteilung unter Verwendung des vorgegebenen Wertes, – Bestimmen mindestens eines Justageparameters der Messmaske (20, 120) und/oder des Sensors (24, 124) aus der ermittelten Phasenverteilung.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die Messstrahlung (17, 117) mit unterschiedlichen Phasenoffsets auf das Projektionsobjektiv (12, 112) eingestrahlt wird, die Intensitätsverteilung für maximal zwei Phasenoffsets bestimmt wird und daraus die Phasenverteilung bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, bei dem aus der ermittelten Phasenverteilung die Zernike-Koeffizienten Z2, Z3 und/oder Z4 ermittelt werden und daraus der mindestens eine Justageparameter bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei dem nacheinander mehrere Intensitätsverteilungen ohne Veränderung der Phase des auf das Projektionsobjektiv (12, 112) eingestrahlten Messlichts (17, 117) aufgezeichnet werden und die aufgezeichneten Intensitätsverteilungen vor der Ermittlung der Phasenverteilung gemittelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, bei dem mittels eines Energiesensors die zeitliche Stabilität der Messstrahlung (17, 117) gemessen wird und das Messergebnis bei der Ermittlung der Phasenverteilung berücksichtigt wird.