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Hintergrund der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Vermessung eines abbildenden optischen Systems, eine Anordnung mit einem abbildenden optischen System sowie der genannten Vorrichtung, eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie, ein Verfahren zur Herstellung eines Substrats, sowie ein nach diesem Verfahren hergestelltes nanostrukturiertes Bauelement.
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Bei scannendem Betrieb von Projektionsbelichtungsanlagen für die Mikrolithographie, auch Scanner bezeichnet, ist es wichtig, die Bildfeldlage während des Scans zu kontrollieren, was maximale Toleranzanforderungen an die Komponenten des abbildenden optischen Systems stellt. Diese Anforderungen sind insbesondere bei abbildenden optischen System, welche mindestens einen Spiegel beinhalten, sehr streng, da eine Verkippung eines Spiegels (im Gegensatz zur Verkippung einer refraktiven Linse) sofort zu einer signifikanten Veränderung der Bildfeldlage des abbildenden optischen Systems führen kann. Kann die aktuelle Bildfeldlage während der Belichtung bestimmt werden, so kann die Lage mindestens einer Komponente der abbildenden Optik derart nachgestellt werden, dass die Bildfeldlage näher an ihre beabsichtigte Lage kommt. Hierdurch können die Toleranzanforderungen an die Komponenten des abbildenden optischen Systems verringert werden.
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Die Messung der Bildfeldlage eines abbildenden optischen Systems einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie beinhaltet in der einfachsten Realisierung, dass in der Nähe einer Objektebene des optischen Systems ein Referenzlichtbündel ausgestrahlt wird, dessen Auftrefflage in der Nähe einer Bildebene, insbesondere in der Nähe eines Substrates, bestimmt wird. Der Bauraum in der Nähe des Substrates ist allerdings sehr beschränkt.
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Zugrunde liegende Aufgabe
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren bereitzustellen, womit die vorgenannten Probleme gelöst werden, und insbesondere eine Bildfeldlagenmessung an einem abbildenden optischen System auch im Fall einer Bauraumbeschränkung im Bereich der Bildebene des optischen Systems mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden kann.
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Erfindungsgemäße Lösung
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Die vorstehende Aufgabe kann beispielsweise gelöst werden mit einer Vorrichtung zur Vermessung eines abbildenden optischen Systems, welches zur Abbildung eines vor dem optischen System angeordneten Objektfeldes in eine nach dem optischen System angeordnete Bildebene konfiguriert ist. Die Vorrichtung umfasst eine vor dem optischen System angeordnete Quelle mindestens eines Hilfslichtfeldes, einen Detektor und eine Referenzmarke, wobei der Detektor vor dem optischen System angeordnet ist und die Referenzmarke hinter dem optischen System angeordnet ist.
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Die genannte Vorrichtung dient zum Messen der Bildfeldlage des optischen Systems und bietet den Vorteil, dass diejenigen Komponenten, die einen großen Bauraum benötigen, vor dem abbildenden optischen System abgeordnet sind. In der Nähe der Bildebene, in der beispielsweise eine Substratträgereinheit angeordnet ist und in der im Allgemeinen deutlich weniger Bauraum zur Verfügung steht als in der Nähe der Objektebene, in der beispielsweise eine Maskenträgereinheit vorhanden ist, befindet sich nur eine Referenzmarke, die deutlich weniger Bauraum als z. B. ein Detektor benötigt.
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Erfindungsgemäß wird weiterhin eine Vorrichtung zur Vermessung eines abbildenden optischen Systems bereitgestellt, welches zur Abbildung eines vor dem optischen System angeordneten Objektfeldes in eine nach dem optischen System angeordnete Bildebene konfiguriert ist. Die Vorrichtung umfasst ein vor dem optischen System angeordnetes erstes Gittermuster sowie ein hinter dem optischen System angeordnetes zweites Gittermuster und einen Detektor, wobei der Detektor vor dem optischen System angeordnet ist.
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Diese Vorrichtung beinhaltet eine Ausgestaltung der Referenzmarke in Form eines Gittermusters. Dementsprechend wird dann zweckmäßigerweise das Referenzlichtfeld durch ein anderes Gittermuster realisiert, was auch den Aufwand zur Erzeugung des Referenzlichtfelds minimiert, da das Referenzlichtfeld dann aus dem Nutzlicht der Beleuchtungseinheit gewonnen werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform nach der Erfindung ist das zweite Gittermuster zumindest teilweise reflektiv ausgeprägt. Bei dieser Ausgestaltung wird gewährleistet, dass ein Teil des auf die Referenzmarke in Gestalt des zweiten Gittermusters fallenden Lichtes zum Detektor gelangen kann und damit bestimmungsgemäß zur Messung verwendet werden kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung beträgt die Verzeichnung durch das abbildende optische System bei der Abbildung des ersten Gittermusters auf die Ebene des zweiten Gittermusters mindestens 3 nm. Bei einer Vorrichtung gemäß dieser Ausführungsform kann ein Bereich der Bildebene des abbildenden optischen Systems, in welchem die Verzeichnung zu groß ist, um damit bestimmungsgemäß Strukturen auf das Substrat abbilden zu können, zur Beleuchtung der Referenzmarke verwendet werden.
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Erfindungsgemäß wird weiterhin eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie bereitgestellt, welche eine Vorrichtung in einer der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Ausführungsformen umfasst. Bei einer derartigen Projektionsbelichtungsanlage können die Vorteile einer Messvorrichtung gemäß der Erfindung besonders ausgenutzt werden, da dort die notwendigen Anforderungen an das abbildende optische System höher als bei den meisten anderen Anwendungen sind.
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Weiterhin wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Strukturierung eines Substrates bereitgestellt, welches die folgenden Schritte umfasst: mindestens teilweises Beschichten des Substrates mit einer lichtempfindlichen Schicht, Einbringen des Substrates in eine Projektionsbelichtungsanlage der vorstehend beschriebenen Art, Belichten des Substrates, wobei während der Belichtung die Messergebnisse der Vorrichtung verwendet werden, um das Projektionsobjektiv während der Belichtung nachzuregeln, sowie Strukturieren des Substrates durch Entwickeln der lichtempfindlichen Schicht. Durch dieses Verfahren können nanostrukturierte Bauelemente mit besser Qualität hergestellt werden, als es mit einem abbildenden System gleichen technischen Aufwandes sonst erreichbar wäre.
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Weiterhin wird erfindungsgemäß ein nanostrukturiertes Bauteil bereitgestellt, welches nach dem vorgenannten Verfahren hergestellt ist. Derart hergestellte nanostrukturierte Bauelemente besitzen eine bessere Qualität als Bauelemente, welche auf eine andere Weise mittels einer Projektionslithographieanlage gleichen technischen Aufwands erzeugt worden sind.
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Die bezüglich der vorstehend aufgeführten Ausführungsformen, Ausführungsbeispiele bzw. Ausführungsvarianten des erfindungsgemäßen Verfahrens angegebenen Merkmale können entsprechend auf die erfindungsgemäße Vorrichtung übertragen werden. Umgekehrt können die bezüglich der vorstehend ausgeführten Ausführungsformen, Ausführungsbeispiele bzw. Ausführungsvarianten der erfindungsgemäßen Vorrichtung angegebenen Merkmale entsprechend auf das erfindungsgemäße Verfahren übertragen werden. Diese und andere Merkmale der erfindungsgemäßen Ausführungsformen werden in den Ansprüchen und in der Figurenbeschreibung erläutert. Die einzelnen Merkmale können entweder separat oder in Kombination als Ausführungsformen der Erfindung verwirklicht werden. Weiterhin können sie vorteilhafte Ausführungsformen beschreiben, die selbstständig schutzfähig sind und deren Schutz ggf. erst während oder nach Anhängigkeit der Anmeldung beansprucht wird.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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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:
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1 eine Skizze einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie in einem Referenzzustand,
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2 eine Skizze der Projektionsbelichtungsanlage in einem vom Referenzzustand abweichenden Zustand,
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3 eine Darstellung von Komponenten zur Bildfeldlagebestimmung nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform in einer Übersichtsdarstellung in der Projektionsbelichtungsanlage,
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4 eine Detaildarstellung der Komponenten aus 3 zur Bildfeldlagebestimmung,
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5 eine Darstellung von Strukturierungen auf den Komponenten aus 4 in einer möglichen erfindungsgemäßen Variante,
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6 eine schematische Darstellung des Einfalls von Beleuchtungslicht auf ein Objektfeld der Projektionsbelichtungsanlage sowie eine im Bereich des Objektfeldes angeordnete Komponente zur Bildfeldlagebestimmung in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform,
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7 eine schematische Darstellung der Komponente gemäß 6 in einer ersten Ausführungsform zusammen mit einem Detektor in einer ersten Anordnung, sowie
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8 eine schematische Darstellung der Komponente gemäß 6 in einer weiteren Ausführungsform zusammen mit dem Detektor in einer weiteren Anordnung.
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Detaillierte Beschreibung erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele
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In den nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen bzw. Ausführungsformen 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.
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Zur Erleichterung der Beschreibung 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 in diese hinein, die x-Richtung nach rechts und die z-Richtung nach oben.
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1 zeigt eine Projektionsbelichtungsanlage 100 für die Mikrolithographie, welche ein hier nicht dargestelltes Beleuchtungssystem und ein Projektionsobjektiv 110 umfasst. Das Projektionsobjektiv 110 bildet eine Objektebene 120 auf eine Bildebene 140 ab. Ein abzubildendes Muster 126 ist Teil einer Maske 122, welche von einer Maskenträgereinheit 124 gehalten und bewegt wird. In der Bildebene 140 oder deren unmittelbarer Nähe befindet sich ein Substrat 142, welches mit einer lichtempfindlichen Schicht 144 beschichtet ist. Mittels einer Substratträgereinheit 146 kann das Substrat 142 gehalten und bewegt werden.
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Das Muster 126 wird von einem hier nicht dargestellten Beleuchtungssystem mit Beleuchtungslicht 102 beaufschlagt, von dem in 1 ein Lichtbündel eingezeichnet ist. Das eingezeichnete Lichtbündel an Beleuchtungslicht 102 beleuchtet einen einzigen Punkt 130 des Musters. Der vom Lichtbündel des Beleuchtungslichtes 102 beleuchtete Punkt des Musters 126 wird mittels des Projektionsobjektivs 110 in die lichtempfindliche Schicht 144 des Substrats 142 bis auf sehr kleine Abbildungsfehler in einen Punkt 148 abgebildet. Dieses kann beispielhaft mittels mit Brechkraft versehener Spiegel 112 geschehen. Die Anzahl dieser Spiegel ist variabel und kann insbesondere auch größer als vier sein. Der Strahlengang innerhalb des Projektionsobjektivs 110 ist anhand eines mit dem Bezugszeichen 104 bezeichneten Lichtbündels veranschaulicht.
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Durch weitere, hier nicht dargestellte Lichtbündel werden weitere Punkte 130 der Maske 122, welche durch weitere Beleuchtungslichtbündel beleuchtet werden, in die Bildebene 140 abgebildet. Zu jedem Zeitpunkt wird daher ein Objektfeld 132, welches einen Teil des Musters 126 überdeckt, auf ein Bildfeld 150 abgebildet. Dazu wird das Muster 126 mittels eines Beleuchtungsschlitzes im Bereich des Objektfeldes 132 beleuchtet. Durch Verschieben der Maske 122 mittels der Maskenträgereinheit 124 und entsprechendes Verschieben des Substrates 142 mittels der Substratträgereinheit 146 kann erreicht werden, dass insgesamt das gesamte Muster 126 auf das Substrat 142 abgebildet wird, auch wenn das Objektfeld 132 kleiner als die Ausdehnung des Musters 126 ist. Das Verhältnis der Geschwindigkeiten von Maske 122 und Substrat 142 während eines Belichtungsvorganges muss hierbei gleich dem inversen Vergrößerungsmaßstab des Projektionsobjektives 110 sein. Ein negativer Vergrößerungsmaßstab bedeutet hierbei, dass sich Maskenträgereinheit 124 und Substratträgereinheit 146 während des Belichtungsvorgangs in entgegengesetzte Richtungen bewegen.
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Über einen endlichen kontinuierlichen Zeitraum bzw. über eine endliche Anzahl diskreter Pulse von Beleuchtungslicht wird derselbe Punkt des Musters 126 auf denselben Punkt des Substrats 142 abgebildet. Durch die Bewegung von Maskenträgereinheit 124 und Substratträgereinheit 146 ändert sich jedoch zeitlich die Lage der entsprechenden Punkte relativ zum Objektfeld 132 bzw. zum Bildfeld 150. Ist das Projektionsobjektiv 110 verzeichnungsarm, so ist trotz der Bewegung von Substrat und Maske gewährleistet, dass immer derselbe Punkt des Musters auf den selben Punkt des Substrates abgebildet wird.
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Diese Bedingung wird jedoch insbesondere dann verletzt, wenn es während der Belichtung eines vollständigen Musters 126 auf eine Struktur des Substrates 142 zu einer Veränderung der Lage des Bildfeldes 150 kommt. Auch wenn die Bildfeldlage zwar während dieses Zeitraums konstant ist, aber von ihrer bestimmungsgemäßen Lage abweicht, hat dieses negative Auswirkungen, weil unter der Struktur 142 bereits andere Strukturen aus vorherigen Lithographieprozessen vorhanden sein können und die Abweichung der Struktur zu bereits vorher belichteten Strukturen unterhalb eines kritischen Wertes bleiben muss.
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Durch Fluktuationen während des Betriebs können einige der Spiegel 112 eine von ihrer beabsichtigen Lage und Form abweichende Form und Lage 112' annehmen. Dies wird in 2 dargestellt. Dieses führt dazu, dass das Lichtbündel 104 zu einem Lichtbündel 104' abgewandelt wird. Insbesondere Lageveränderungen der Spiegel 112 führen dazu, dass weiterhin der Punkt 130 des Musters 126 auf einen Punkt auf dem Substrat 142 abgebildet wird, allerdings ist die Lage dieses Punktes verändert, so dass der Punkt 130 nun auf den Punkt 148' anstatt auf den Punkt 148 abgebildet wird.
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Es ist technisch sehr anspruchsvoll und mit signifikanten Kosten verbunden, die Form und insbesondere die Lage aller Spiegel zu jeder Zeit kontrolliert innerhalb der notwendigen Toleranzen zu halten, um eine korrekte Bildfeldlage zu gewährleisten. Da die unbeabsichtigten Lageveränderungen der Spiegel 112 den dominanten Effekt bilden, wird im Folgenden nur von den Lageveränderungen gesprochen. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die Beschreibung sinngemäß auch für Formveränderungen der Spiegel gilt.
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Der Unterschied zwischen den Punkten 148 und 148' hängt von Ausmaß und Richtung der Lageveränderung der Spiegel 112 ab. Aus dem optischen Design des Projektionsobjektivs 110 können die Sensitivitäten, welche den Zusammenhang zwischen den Lageveränderungen der Spiegel 112 und der Lage des Bildfeldes 150 beschreiben, berechnet werden. Aus einer bekannten Bildfeldlage ist es zwar im Allgemeinen nicht möglich, eindeutig die tatsächliche aktuelle Lage der Spiegel zu berechnen, dieses ist jedoch auch nicht notwendig: Es ist hinreichend, eine beliebige Lageänderung gegenüber der aktuellen Lage der Spiegel zu berechnen, sofern diese das Bildfeld 150 an die gewünschte Position bewegt. Die numerischen Verfahren für diese Art von Korrekturrechnung basierend auf Messdaten in der Bildebene 140 des Projektionsobjektivs sind aus dem Stand der Technik wohlbekannt.
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Zur Bestimmung der Lage des Bildfeldes 150 muss die Position mindestens eines als Marker verwendeten Objekts im Objektfeldfeld 132 gemessen werden, d. h., die Lage mindestens eines Bildpunktes 148 für mindestens einen bekannten Punkt 130 der Objektebene 120. In der Nähe des Subtrates 142 steht jedoch im Allgemeinen kein Bauraum für einen Detektor zur Verfügung. Die Lösung dieses technischen Problems wird nun an Hand der 3 und 4 beschrieben. Dabei wird auch auf bereits bezüglich der 1 und 2 beschriebene Elemente der Projektionsbelichtungsanlage 100 Bezug genommen.
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Die Bestimmung der Lage der Bildfeldes 150 erfolgt mittels einer Messvorrichtung 400 die eine kombinierte Referenzeinheit 300 sowie eine Referenzstruktur 210 umfasst. Die kombinierte Referenzeinheit 300 ist in der Nähe der Maskenträgereinheit 124 angeordnet und umfasst eine Referenzstruktur 310 und einen Detektor 330. Die Referenzstruktur 310 umfasst einen, je nach Ausführungsform, teilweise reflektierenden oder teilweise transparenten Träger 314, welcher mit einer Strukturierung 312 versehen ist, die zu einer ortsabhängigen Reflektion führt. Die Strukturierung 312 ist in Gestalt eines ersten Gittermusters ausgeführt und bildet eine Quelle für ein Hilfslichtfeld, wie aus der nachstehenden Erläuterung deutlich wird. Die Referenzstruktur 310 befindet sich in der Nähe des Objektfeldes 132, ohne dieses jedoch abzuschatten. Durch die Nähe zum Objektfeld 132 wird auch zumindest ein Teil der Strukturierung 312 von Beleuchtungslicht 102 beaufschlagt.
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An der Strukturierung 312 der Referenzstruktur 310 reflektiertes Licht 304 bildet, wie vorstehend erwähnt, das Hilfslichtfeld und wird dann durch das Projektionsobjektiv 110 in die Nähe des Bildfeldes 150 abgebildet. Da die Maske 122 beweglich sein muss, die Referenzstruktur 310 dagegen stationär ist, wird die Referenzstruktur 310 im Allgemeinen vor der Objektebene 120 angeordnet, also zwischen Objektebene 120 und dem ersten optischen Element des Projektionsobjektives 110. Gemäß der Scheimpflugbedingung entsteht damit ein Bild der Strukturierung 312 etwas vor der Bildebene 140.
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Dort ist die Referenzstruktur 210 angeordnet. Diese umfasst eine Haltevorrichtung 216, welche mit einer reflektierenden Beschichtung 214 versehen ist. Die reflektierende Beschichtung 214 besitzt eine Strukturierung 212, die dazu führt, dass der Reflexionsgrad örtlich variiert. Die Strukturierung 212 ist in Gestalt eines zweiten Gittermusters ausgebildet und bildet eine sogenannte Referenzmarke. Gemäß einer Ausführungsform wird die Strukturierung 212 durch ein regelmäßiges Gitter gebildet, bei dem sich reflektierende Linien und absorbierende Linien abwechseln. Gemäß einer Ausführungsform ist sowohl die Referenzeinheit 300 als auch die Referenzstruktur 210 direkt oder indirekt mit einer mechanischen Referenzstruktur, insbesondere einer Rahmenstruktur, der Projektionsbelichtungsanlage 100 verbunden.
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Die reflektierende Beschichtung 214 in Gestalt einer Spiegelschicht reflektiert das einfallende Licht 304, modifiziert durch die Strukturierung 212, als rücklaufendes Licht 204 in Gestalt eines neuen Lichtbündels zurück in Richtung der Objektebene 120 des Projektionsobjektivs 110. Ein Bündel des Lichts 304, welches von einem Punkt 302 der Referenzstruktur 310 ausgeht, und zu einem Bild auf einem Punkt 306 auf der weiteren Referenzstruktur 210 abgebildet wird, wird nach der Reflektion auf einen Punkt 308 auf der Referenzstruktur 310 abgebildet.
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Solange das Projektionsobjektiv 110 eine Abbildung durchführt, also unabhängig von Art und Größe der vorhandenen Verzeichnung und/oder Abweichung der Bildfeldlage, sind die Punkte 302 und 308 identisch. Daher kann, wie im Stand der Technik beschrieben, durch eine Bestimmung der Positionsabweichung von 302 und 308 und/oder durch eine Bestimmung der Phasenfront des rücklaufenden Lichts 204 bestimmt werden, wie gut die Abbildungsqualität ist. Es ist mit den dort beschriebenen Ansätzen, bei denen keine Strukturierungen 212 und 312 zur Anwendung kommen, jedoch nicht möglich, eine Verzeichnung zu bestimmen, wie nachstehend kurz erläutert wird.
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Bei einer Verzeichnung oder Veränderung der Bildfeldlage handelt es sich um keinen Abbildungsfehler im engeren Sinne: Abbildung bedeutet, dass alle Lichtstrahlen, die von einem bestimmten Punkt ausgehen, auch als Objektpunkt bezeichnet, sich in einem anderen Punkt, auch als Bildpunkt bezeichnet, wieder schneiden. Diese Eigenschaft gilt auch umgekehrt: Alle Strahlen, welche vom Bildpunkt ausgehen würden, würden sich wiederum in einem Punkt schneiden, und zwar dem ursprünglichen Objektpunkt.
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Die Verzeichnung beschreibt die Abweichung der relativen Lage der Bildpunkte von ihrer gewünschten relativen Lage, insbesondere von der Lage, die sich aus der skalierten und translatierten Lage der Bildpunkte ergibt. Die Bildfeldlage beschreibt den globalen Offset der Lage der Bildpunkte. Da, wie eben beschrieben, ein abbildendes optisches System eine Umkehrsymmetrie besitzt, können weder die Verzeichnung noch die Bildfeldlage durch Betrachtung der Lage der Punkt 302 und 308 bestimmt werden.
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Sind die Spiegel 112 im Projektionsobjektiv 110 dezentriert, so wird der Punkt 130 anstelle auf den Punkt 148 stattdessen auf den Punkt 148' abgebildet, wie in 2 gezeigt. Analog wird der Punkt 302 bei dezentrierten Spiegeln 112 statt auf den Punkt 306 auf den Punkt 306' abgebildet. Da, wie oben erläutert, aus der Lage des Punktes 308 relativ zum Punkt 302 keine Information über die relative Lage der Punkte 306 und 306' abgeleitet werden kann, wird hierzu die Strukturierung 212 der Referenzstruktur 210 genutzt. Je nach Lage des Punktes 306' wird ein mehr oder weniger großer Teil des einfallenden Lichtes von der reflektierenden Beschichtung 214 zurückreflektiert. Eine Messung der Intensität des im Punkt 308 abgebildeten Lichtes erlaubt daher die Bestimmung der Lage des Punktes 306' und damit der Verzeichnung des Projektionsobjektives 110. Daraus können Manipulatorkommandos für die Spiegel 112 berechnet werden, durch welche die Abweichung der Bildfeldlage weggestellt werden kann.
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Um die Intensität im Punkt 308 direkt messen zu können, muss der Detektor 330 mit einer extrem hohen Ortsauflösung ausgestattet sein. Um diese Anforderung zu vermeiden, ist die Strukturierung 312 regelmäßig, insbesondere periodisch, ausgestaltet. Die Strukturierung 212 ist durch das sich beim Referenzzustand des Projektionsobjektivs 110 ergebene Abbild der Strukturierung 312 gegeben. Das Projektionsobjektiv 110 bildet per Design das Objektfeld 132 mit sehr kleiner Verzeichnung auf das Bildfeld 150 ab. Da beiden Referenzstrukturen 310 und 210 außerhalb dieser Bereiche angeordnet sind, kann dort die Verzeichnung jedoch signifikant sein. Dies äußert sich dann darin, dass die Strukturierung 212 sich nicht nur durch einen Skalierungsfaktor von der Strukturierung 312 unterscheidet.
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Das Bild der Strukturierung 312 auf der zweiten Referenzstruktur 210 ist dort besonders hell, wo die Strukturierung 312 reflektierend ausgeprägt ist. Hat dort auch die Strukturierung 212 Bereiche, die dazu führen, dass dort der Reflexionsgrad hoch ist, so wird insgesamt viel Licht zurückreflektiert. Ist das Projektionsobjektiv 110 durch Dezentrierung der Spiegel 112 hingegen derart verstellt, dass die Bereiche hoher Bildintensität auf der zweiten Referenzstruktur 210 dort liegen, wo die Strukturierung zu einer schwachen Reflexion führt, so wird insgesamt wenig Licht zurückreflektiert. Durch Messung der Gesamtintensität im Detektor 330 kann damit eine Lageinformation über den Punkt 306' gewonnen werden, ohne dass der Detektor 330 eine Ortsauflösung besitzen muss. Allerdings steht mittels nur einer Referenzeinheit 300 nur eine Information über den Betrag der Verschiebung des Punktes 306' zur Verfügung, nicht dagegen über die Richtung der Verschiebung.
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Da diese Richtungsinformation, insbesondere auch die Vorzeicheninformation, wichtig sein kann, gibt es zusätzlich zur Referenzeinheit 300 und zur Referenzstruktur 210 weitere Referenzeinheiten 300 und weitere Referenzstrukturen 210. Bei diesen ist die Strukturierung 212 etwas gegenüber der Lage verschoben, die sich durch das Abbild der zugeordneten Strukturierung 312 ergibt. Hierdurch wird erreicht, dass bei einer bestimmten bekannten Verstellung der Spiegel 112 das Signal eines bestimmten Detektors 330 maximal wird. Aus den Signalen der verschiedenen Detektoren 330 kann damit die gewünschte Korrekturinformation abgeleitet werden.
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In 5 ist eine weitere Ausführungsform der Strukturierungen 212 und 312 veranschaulicht. In dieser Figur sind das Objektfeld 132 zusammen mit der von der in der Nähe der Objektfeldes 132 angeordneten Referenzstruktur 310 gebildeten Strukturierung 312 sowie das Bildfeld 150 zusammen mit der von der in der Nähe des Bildfeldes 150 angeordneten Referenzstruktur 210 gebildeten Strukturierung 212 gezeigt. Das Objektfeld 132 sowie die Strukturierung 312 sind dabei um den Verkleinerungsmaßstab des Projektionsobjektivs 110 verkleinert dargestellt. Das heißt, das Objektfeld 132 sowie die Strukturierung 312 sind in 5 derart dimensioniert, wie sie auf die Bildebene 140 abgebildet werden.
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Gemäß der in 5 gezeigten Ausführungsform umfasst die Strukturierung 312 mehrere Linienblöcke 313-1, 313-2, 313-3, 313-4 sowie 313-5, in denen sich jeweils reflektierende Linien und absorbierende Linien in gleichmäßigem Abstand abwechseln. Die Linienblöcke 313-2 bis 313-5 sind mit einem gleichmäßigen Periodenabstand d zueinander angeordnet.
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Die Strukturierung 212, die durch die in der Nähe des Bildfeldes 150 angeordnete Referenzstruktur 210 gebildet wird, umfasst ebenfalls mehrere Linienblöcke 213-1, 213-2, 213-3, 213-4 sowie 213-5. In den Linienblöcken 213-1 bis 213-5 wechseln sich, wie bei den Linienblöcken 313-1 bis 313-5, jeweils reflektierende Linien und absorbierende Linien in gleichmäßigem Abstand ab. Dabei ist der Periodenabstand dieser Linien identisch zum Periodenabstand der Linien in den Linienblöcken 313-1 bis 313-5.
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Der Periodenabstand d' zwischen den Linienblöcken 213-1 bis 213-5 hingegen unterscheidet sich vom Periodenabstand d zwischen den Linienblöcken 313-1 bis 313-5. Es gilt d' = d + Δ, dabei kann Δ z. B. 1 nm betragen. Die Linienblöcke 213-1 bis 213-5 sind derart angeordnet, dass in dem Fall, in dem das Bildfeld 150 eine vorgesehene Sollposition aufweist, das Luftbild des Linienblocks 313-1 einen maximalen Überlapp mit dem Linienblock 213-1 aufweist. Der Überlapp für die verbleibenden Linienblöcke 213-2 bis 213-5 ist geringer. Ist das Bildfeld 150 um Δ in –x-Richtung verschoben, so weist das Luftbild des Linienblocks 131-2 einen maximalen Überlapp mit dem Linienblock 213-2 auf. Bei einer Verschiebung um 2Δ ergibt sich der maximale Überlapp mit dem Linienblock 213-3 u. s. w. Durch Auswertung der sich für die einzelnen Linienblöcke ergebenden Intensitätswerte, kann eine Verschiebung des Luftbildes gegenüber der Sollposition ermittelt werden. Vorzugsweise sind auf den Referenzstrukturen 210 und 310 neben den in 5 gezeigten Strukturierungen 312 und 212, welche in x-Richtung zueinander versetzte Linienblöcke aufweisen, analoge Linienblöcke vorhanden, welche in y-Richtung zueinander versetzt sind.
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6 veranschaulicht den Einfall des Beleuchtungslichtes 102 auf das Objektfeld 132 sowie die Referenzstruktur 310 in der Ausführungsform gemäß 4. Der Abschnitt (a) von 6 zeigt schematisch den Bereich der Objektebene 120 der Projektionsbelichtungsanlage 100 in Schnittansicht quer zur Scanrichtung, d. h. die Scanrichtung läuft in die Papierebene hinein. Wie bereits vorstehend beschrieben, wird das Objektfeld 132 durch einen Beleuchtungsschlitz, auch Scanschlitz bezeichnet, in der Objektebene 120 der Projektionsbelichtungsanlage 100 erzeugt. Der Beleuchtungsschlitz beleuchtet damit einen Teil der auf der Maske 122 angeordneten Strukturierung 126 gemäß 1 während eines Belichtungsvorganges. Das Objektfeld 132 kann beispielsweise 104 mm breit und 5 bis 10 mm lang sein und wandert während des Belichtungsvorganges quer zu seiner Längsrichtung, d. h. in x-Richtung gemäß 6, über die Strukturierung 126 hinweg.
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Die Referenzstruktur 310 ist seitlich neben dem Objektfeld 132 in einer Stellung vor der Objektebene 120, d. h. zum Projektionsobjektiv 110 hin versetzt, angeordnet. Das eingestrahlte Beleuchtungslicht 102 weist eine homozentrische Pupille mit einem endlichen Faltungswinkel auf und deckt sowohl das Objektfeld 132 als auch die Referenzstruktur 310 ab. Unter (b) und (c) von 6 sind die Schnittansichten entlang der in der Darstellung (a) eingezeichneten Linien b-b' bzw. c-c' gezeigt. Der Schnitt b-b' verläuft durch die Referenzstruktur 310, der Schnitt c-c' hingegen durch das Objektfeld 132.
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Während in der Schnittebene der Darstellung unter (a) das Beleuchtungslicht 102 bezüglich der Normalen zur Objektebene 120 symmetrisch eingestrahlt wird, wird das Beleuchtungslicht 102 in den Schnittebenen der Darstellungen unter (b) und (c) im Mittel schräg zur Objektebene 120 auf die Referenzstruktur 310 bzw. das Objektfeld 132 eingestrahlt.
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Die 7 und 8 zeigen die Anordnung aus der Darstellung unter (b) in 6 in zwei unterschiedlichen Ausführungsformen der Referenzstruktur 310, jeweils zusammen mit einem Detektor 330. In der Ausführungsform gemäß 7 ist die Referenzstruktur 310 teildurchlässig konfiguriert, derart dass das von der reflektierenden Beschichtung 214 im Bereich der Bildebene 140 zurückgeworfene rücklaufende Licht 204 die Referenzstruktur 310 zumindest teilweise durchläuft und auf einen bezüglich der Referenzstruktur 310 rückseitig angeordneten Detektor 330 trifft. In dieser Ausführungsform sind damit die Referenzstruktur 310 und der Detektor 330 an unterschiedlichen Seiten der Objektebene 120 angeordnet.
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Anders ist dies in der Ausführungsform gemäß 8. Hier ist die Referenzstruktur 310 und der Detektor 330 auf der gleichen Seite der Objektebene 120 angeordnet. Der Detektor 330 ist zusammen mit einer Blende 332 derart im Strahlengang des auf die Referenzstruktur 310 eingestrahlten Beleuchtungslichts 102 angeordnet, dass ein Teilstrahlenbündel 102a des Beleuchtungslichts 102 abgeblockt wird. Lediglich ein verbleibendes Teilstrahlenbündel 102b des Beleuchtungslichts 102 trifft auf die Referenzstruktur 310 auf. Die Strukturierung 312 der Referenzstruktur 310 ist so konfiguriert, dass das einfallende Licht sowohl in eine nullte sowie zumindest eine erste Beugungsordnung aufgespalten wird. Dies führt dazu, dass nach Reflexion des Teilstrahlenbündels 102b an der Referenzstruktur 310 Licht erster Beugungsordnung dieses Strahlenbündels in demjenigen Strahlengang durch das Projektionsobjektiv 110 läuft, welcher ohne Abblocken des Teilstrahlenbündels 102a mit Licht dieses Bündels in nullter Beugungsordnung belegt wäre.
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Somit weist das an der reflektierenden Beschichtung 214 im Bereich der Bildebene 140 zurückgeworfene rücklaufende Licht 204 einen Anteil auf, welcher nach abermaliger Reflexion in nullter Beugungsordnung an der Referenzstruktur 310 auf den Detektor 330 auftrifft.
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In einer anderen Realisierung kann der Moire-Effekt derart ausgenutzt werden, dass anstatt mehrerer Einheiten 300 und 210 nur jeweils eine Einheit benötigt wird, wobei dann allerdings der Detektor 330 eine Ortsauflösung besitzen muss, welche deutlich gröber als die notwendige Genauigkeit der Verschiebung zwischen 306 und 306' sein darf. Hierfür ist die Strukturierung 212 gegenüber dem Abbild der Strukturierung 312 mittels einer langreichweitigen Verzeichnungsfunktion verändert. Je nach Verstellung des Projektionsobjektives kommt es dann in einem anderen Bereich der Strukturierung 212 zu einer Überlagerung, bei der die Intensitätsspitzen des Abbildes der Strukturierung 312 an einem Ort mit hohem Reflexionsgrad liegen.
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Wenn die Strukturierungen 212 und 312 im Wesentlichen eindimensional sind, so kann eine vollständige Richtungsinformation ermittelt werden, indem mindestens zwei Kombinationen aus Referenzeinheit 300 und Referenzstruktur 210 verwendet werden, welche zueinander verdreht sind. Die beste Messgenauigkeit wird in diesem Fall erreicht, wenn die beiden gleich bezeichneten Einheiten (300 bzw. 210) um 90° Grad zueinander verdreht sind.
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Die Referenzeinheiten 300 und die Referenzstrukturen 210 können unter Umständen nicht direkt und trotzdem sehr stabil an einem Referenzrahmen der Projektionsbelichtungsanlage 100 oder des Projektionsobjektivs 110 befestigt werden, wie in 4 veranschaulicht. In diesem Fall kann die Ankopplung mittels eines Laserinterferometers geschehen. Hierbei wird die Interferenz von Licht 224 bzw. 324 zwischen einem Paar spiegelnder Oberflächen 318 und 322 bzw. 218 und 222, ausgenutzt, um den Abstand dieser Oberflächen konstant zu halten.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Projektionsbelichtungsanlage
- 102
- Beleuchtungslicht
- 102a
- Teilstrahlenbündel
- 102b
- Teilstrahlenbündel
- 104
- Lichtbündel
- 104'
- Lichtbündel
- 110
- Projektionsobjektiv
- 112
- Spiegel
- 112'
- abweichende Form und Lage
- 120
- Objektebene
- 122
- Maske
- 124
- Maskenträgereinheit
- 126
- Muster
- 130
- Punkt
- 132
- Objektfeld
- 140
- Bildebene
- 142
- Substrat
- 144
- lichtempfindliche Schicht
- 146
- Substratträgereinheit
- 148
- Punkt
- 148'
- Punkt
- 150
- Bildfeld
- 204
- rücklaufendes Licht
- 210
- Referenzstruktur
- 210'
- Referenzstruktur
- 212
- Strukturierung
- 212'
- Strukturierung
- 213-1 bis 213-5
- Linienblock
- 214
- reflektierende Beschichtung
- 216
- Haltevorrichtung
- 218
- spiegelnde Oberfläche
- 222
- spiegelnde Oberfläche
- 224
- Licht
- 300
- Referenzeinheit
- 302
- Punkt
- 304
- Licht
- 306
- Punkt
- 306'
- Punkt
- 308
- Punkt
- 310
- Referenzstruktur
- 312
- Strukturierung
- 313-1 bis 313-5
- Linienblock
- 314
- Träger
- 318
- spiegelnde Oberfläche
- 322
- spiegelnde Oberfläche
- 324
- Licht
- 330
- Detektor
- 332
- Blende
- 400
- Messvorrichtung
