-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
GEBIET DER ERFINDUNG
-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Kippwinkel mindestens eines Spiegels, insbesondere der Spiegel eines Spiegelfelds mit einer Mehrzahl von Spiegeln, die jeweils um mindestens eine Kippachse, vorzugsweise um zwei senkrecht zueinander angeordnete Kippachsen verkippbar sind.
-
STAND DER TECHNIK
-
Bei der Mikrolithographie zur Erzeugung mikro- und nanostrukturierter Bauteile der Elektrotechnik oder der Mikrosytemtechnik werden Projektionsbelichtungsanlagen eingesetzt, die mit Arbeitslicht im Wellenlängenbereich von bis zu einigen Nanometern, also mit Licht bis ins extrem ultraviolette (EUV) Wellenlängenspektrum betrieben werden. Bei derartigen Projektionsbelichtungsanlagen kann es erforderlich sein, optische Komponenten in Form von sogenannten Mikrospiegelfeldern (mirror arrays) einzusetzen, die eine Vielzahl von kippbaren Spiegeln aufweisen, die in Reihen und Spalten angeordnet sind. Die Spiegel können um mindestens eine Achse, vorzugsweise um zwei senkrecht zueinander angeordnete Achsen kippbar gelagert sein.
-
Zur Steuerung und Kontrolle eines derartigen Mikrospiegelfelds kann es notwendig sein, die Kippwinkel und somit die Ausrichtung der einzelnen Spiegel eindeutig zu bestimmen.
-
In der
WO 2010/094658 A1 sind bereits Vorrichtungen und Verfahren zur Überwachung der Orientierung bzw. Positionierung von kippbaren Spiegeln, dem sogenannten „monitoring”, beschrieben, bei denen in den entsprechenden Überwachungseinrichtungen Überwachungslicht, das von Überwachungslichtquellen bereitgestellt wird, über die zu überwachenden Spiegel in Erfassungseinrichtungen reflektiert wird, in welchen das reflektierte Überwachungslicht erfasst und ausgewertet werden kann. Unter Anderem wird eine Vorrichtung und ein Verfahren beschrieben, bei dem ein Muster, das auch als Hintergrundbild bezeichnet werden kann, über die zu vermessenden bzw. zu überwachenden Spiegel in Erfassungseinrichtungen in Form von Kameras oder entsprechenden Optiken und Sensoren abgebildet wird. Durch die Verwendung von mehreren Kameras, die an örtlich unterschiedlichen Positionen angeordnet sein müssen, können die Kippwinkel der zu überwachenden Spiegel aus dem Vergleich des durch die Spiegel abgebildeten Musters mit dem in den verschiedenen Erfassungseinrichtungen erfassten Lichtintensitäten bestimmt werden.
-
Allerdings besteht weiterhin Bedarf an der Optimierung derartiger Verfahren und Vorrichtungen, um sowohl eine einfache, als auch zuverlässige Ermittlung der Kippwinkel von entsprechenden Spiegeln zu ermöglichen, wobei zwischen der einfachen Bereitstellung einer Überwachungslichtquelle und der einfachen Erfassung des von den Spiegeln reflektierten Überwachungslichts sowie dessen Auswertung ein geeigneter Kompromiss gefunden werden muss.
-
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
-
AUFGABE DER ERFINDUNG
-
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung sowie ein Verfahren bereit zu stellen, mit welchen die Ausrichtung bzw. die Kippwinkel jedes Mikrospiegels eines Spiegelfeldes (Spiegel-Array) einfach und zuverlässig bestimmt werden können, wobei insbesondere ein statisches Muster von Lichtquellen, insbesondere diskreten Lichtquellen verwendet werden kann.
-
TECHNISCHE LÖSUNG
-
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 7. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
-
Die Erfindung geht aus von der Erkenntnis, dass die Kippwinkel, insbesondere die Kippwinkel um zwei senkrecht zueinander angeordneten Kippachsen in geeigneter Weise dadurch bestimmt werden können, dass ein zweidimensionales Muster diskreter Lichtquellen bereit gestellt wird, die Überwachungslicht bereitstellen, welches von dem oder den zu überwachenden Spiegeln in mindestens zwei Erfassungseinrichtungen reflektiert wird, die das von den Spiegeln reflektierte Licht der Lichtquellen erfassen, sodass die gemessene Lichtintensität für eine Bestimmung der Kippwinkel zur Verfügung steht. Die Erfassungseinrichtungen umfassen jeweils ein Objektiv, sodass die Spiegel definiert auf die jeweiligen Erfassungsdetektoren abgebildet werden, wobei auf jedem Erfassungsdetektor genau ein Erfassungsbereich vorgesehen ist, der einem Spiegel zugeordnet ist. Mit dem Objektiv kann somit der Erfassungsdetektor auf die Spiegel fokussiert werden, sodass in dem jeweiligen Erfassungsbereich genau die von dem Spiegel reflektierte Lichtintensität erfasst wird. Bei einer entsprechenden Kamera, die als Erfassungseinrichtung verwendet wird, kann somit der Erfassungsbereich aus einem oder mehreren Kamerapixeln bestehen, deren Lichtintensität in Abhängigkeit von der Position bzw. der Ausrichtung des einzelnen Mikrospiegels beeinflusst wird.
-
In dem Objektiv jeder Erfassungseinrichtung wird erfindungsgemäß eine Graustufenblende vorgesehen, die dazu dient, die erfassten Lichtstrahlen von den diskreten Lichtquellen zu interpolieren, um eine definierte Bestimmung der Kippwinkel über den gesamten Kippwinkelbereich zu ermöglichen.
-
Das zweidimensionale Muster von Lichtquellen, das auch als Hintergrundbild bezeichnet werden kann, kann ein Muster mit einer Punktmatrix sein, wobei das Muster Punktlichtquellen aufweisen kann, die in unterschiedlichster Weise realisiert sein können, wie beispielsweise im einfachsten Fall durch ein entsprechendes Schwarz-Weiß-Punktmuster oder durch ein Muster aus LED-Leuchten.
-
Die Erfassungseinrichtungen können durch verschiedene geeignete Sensoren, Optiken und Kameras gebildet sein. Vorzugsweise können mindestens drei oder vier Erfassungseinrichtungen vorgesehen sein, um die Kippwinkel eines Spiegels um zwei verschiedene Kippachsen zu erfassen.
-
Die in den Erfassungseinrichtungen vorgesehene Graustufenblende kann durch eine rotationssymmetrische Keilblende gebildet sein, die in der Mitte eine vollständige Transparenz für das Überwachungslicht und am Rand eine vollständige Abschattung für dieses aufweist. Die Graustufenblende kann insbesondere so ausgebildet sein, dass eine kontinuierliche Veränderung der Transparenz für das Überwachungslicht von dem zweidimensionalen Muster gegeben ist.
-
Die Ermittlung des oder der Kippwinkel eines zu überwachenden Spiegels erfolgt durch einen Vergleich des von dem zweidimensionalen Muster von Lichtquellen bereitgestellten Lichts mit dem von den verschiedenen Erfassungseinrichtungen erfassten Lichts, wobei die Ermittlung des oder der Kippwinkel iterativ durch wiederholte Bestimmung des oder der Kippwinkel ausgehend von einem jeweiligen Startkippwinkel erfolgt.
-
Dabei kann der Bestimmung des oder der Kippwinkel durch eine inkrementelle Abschätzung des oder der Winkel ausgehend von einem jeweiligen Startkippwinkel erfolgen.
-
Um eine Bestimmung des absoluten Kippwinkels zu erzielen, kann zu einem Startzeitpunkt oder bei einer Initialisierung der Überwachungseinrichtung ein dynamisches Muster bzw. Hintergrundbild erzeugt werden, beispielsweise indem iterativ Punktlichtquellen des zweidimensionalen Musters abgeschaltet werden.
-
Mit der vorliegenden Erfindung ist es somit möglich, mit einem einzigen statischen, aus einer Punktmatrix bestehendem Hintergrundbild und mehreren Erfassungseinrichtungen, z. B. einem Block von vier Kameras, die Ausrichtung jedes einzelnen Spiegels eines Spiegelfeldes zu bestimmen.
-
Durch Verwendung einer konzentrischen Graukeilblende in den Optiken der Erfassungseinrichtungen, kann eine Interpolation zwischen den Punkten des Hintergrundbildes durchgeführt werden, so dass auch Zwischenpositionen korrekt bestimmt werden können.
-
Der Interpolation ist ein inkrementelles Prinzip überlagert, vergleichbar mit interferentiellen Längenmessgeräten. Zur Initialisierung der Absolutposition können iterativ Punkte des Hintergrundbildes abgeschaltet werden (es ist dann also während der Initialisierung nicht statisch) oder es kann ein anderes Messsystem verwendet werden, z. B. das einer überlagerten Pupillenregelung.
-
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
-
Die beigefügten Zeichnungen zeigen in rein schematischer Weise in
-
1 eine Darstellung einer Vorrichtung zur Bestimmung der Kippwinkel eines Mikrospiegelarrays gemäß der vorliegenden Erfindung;
-
2 eine Darstellung eines mit einer Cosinus-Blende gefalteten Punktmatrix-Hintergrundbilds;
-
3 den Intensitätsverlauf für ein normiertes, zweidimensionales Cosinus-Muster;
-
4 eine Darstellung des Intensitätsverlaufs einer rotationssymmetrischen Cosinus-Blende bzw. die Abbildung eines damit abgebildeten Lichtpunkts;
-
5 die Abbildung eines Arrays von Lichtpunkten durch eine Cosinus-Blende mit ungenügendem Überlapp;
-
6 die Abbildung eines Arrays von Lichtpunkten durch eine Cosinus-Blende mit optimiertem Überlapp;
-
7 die Darstellung einer Projektionsbelichtungsanlage mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung der Kippwinkel eines Mikrospiegelarrays; und in
-
8 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Verwendung einer Projektionsbelichtungsanlage mit der vorliegenden Erfindung.
-
AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
-
Weitere Vorteile, Kennzeichen und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung eines Ausführungsbeispiels deutlich. Allerdings ist die Erfindung nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt.
-
Die 1 zeigt eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung der Kippwinkel von Spiegeln eines Mikrospiegelfelds (Mikrospiegelarray) 2, wobei die einzelnen Spiegel des Mikrospiegelarrays in Reihen und Spalten nebeneinander und hintereinander angeordnet sind. Das Mikrospiegelarray kann auch als Spiegelarray bezeichnet werden.
-
Die Vorrichtung umfasst im gezeigten Ausführungsbeispiel vier Kameras 3, die jeweils ein Objektiv mit einer Graustufenblende 4 aufweisen, um von den Spiegeln des Mikrospiegelarrays 2 reflektiertes Licht eines zweidimensionalen Musters 1 von Lichtquellen zu erfassen. Wie sich aus der 1 ergibt, werden die Lichtstrahlen 5 und 6 von unterschiedlichen Punktlichtquellen des zweidimensionalen Musters durch die Verwendung der Graustufenblende 4 zu einem ungeschwächten Strahl 8 und einem abgeschwächten Strahl 7 modifiziert, die in den Erfassungseinrichtungen in Form der Kameras 3 erfasst werden. Dadurch ist eine Interpolation zwischen den Punktlichtquellen des zweidimensionalen Musters 1 möglich, um beliebige Kipppositionen der Spiegel des Mikrospiegelarrays 2 bestimmen zu können.
-
Entsprechend 1 wird von jeder der vier Kameras 3 das Spiegelbild des Hintergrundbildes 1 betrachtet. Durch Fokussierung der Kameras auf das Array (z. B. unter Berücksichtigung der Scheinpflug-Bedingungen) wird erreicht, dass die Helligkeit eines (oder mehrerer) Kamerapixel oder Erfassungsdetektors pro Kamera 3 ausschließlich von der Position eines Mikrospiegels beeinflusst wird.
-
Als vereinfachtes Modell für einen einzelnen Mikrospiegel wird für die nachfolgende Berechnung ein punktförmiges Kamerapixel pro Kamera verwendet, eine Lochblende mit nur einem Loch, durch das rein strahlenoptisch ein Punkt des Hintergrundbildes betrachtet wird. Die Ausrichtung des Spiegels wird durch Verschiebung des Hintergrundbildes durch die verschiedenen Kamerapositionen modelliert. Anstatt der konzentrischen Graukeilblende wird für die nachfolgende Betrachtung ein mit der Blende gefaltetes Hintergrundbild verwendet, wie es in der 2 dargestellt ist. Damit lässt sich folgende Berechnung durchführen:
Betrachtet werden n Helligkeiten, die von verschiedenen Kamerapositionen von einem Spiegel aufgenommen wurden.
-
Modelliert werden sie durch die n Funktionen fv(r →) je nach r →-Position, von der das Licht durch den Mikrospiegel auf das für diesen Mikrospiegel zuständige Kamerapixel fällt.
-
Die gesammelte Helligkeitsinformation ist somit enthalten in dem Array: f(r →) = [f1(r →) f2(r →) ... fn(r →)] (1)
-
Mit den Abkürzungen:
ist damit das Gradientenarray bekannt:
-
Eine Musterfunkton fv besitzt an jedem Ort genau einen Gradienten ∇ →fv, in dessen Richtung die Sensitivität gleich seiner Länge ist.
-
Für andere Richtungen ergibt sich betragsmäßig eine cos-Abhängigkeit vom Differenzwinkel.
-
Um mehrere Musterfunktionen gemeinsam zu verwenden wird der quadratische Mittelwert (also die Wurzel der Summe der Quadrate) der einzelnen Funktionen berechnet.
-
Somit sei die Sensitivität S definiert durch:
-
Die Bestimmung der Kippwinkel erfolgt durch eine inkrementelle Positionsschätzung. Für die letzte bekannte Position r → werden die erwarteten Signale f berechnet.
-
Nun wird mit dem Messsignal
f ~ die Positionsdifferenz
Δr → errechnet, so dass die neue Position
ist.
-
Mit least-squares-Ansatz gilt:
-
Das verwendete Muster, das in
3 dargestellt ist, ergibt sich mit Versatzvektoren für Folgefunktionen zu:
-
Damit ergibt sich für die Sensitivität, die über die ganze Ebene konstant ist: s = √2 (21)
-
Bei einer Normierung auf den Bereich 0 bis 1 ergibt sich hier also ein Faktor von 1/4.
-
Ebenso vereinfacht sich die Pseudoinverse zu einer konstanten Diagonalmatrix, also einem Skalar:
-
Damit ergibt sich die Positionsschätzung zu:
-
Wird daraus iterativ ein neues f errechnet und mit gegebenenfalls neuen Messwerten
f ~ verglichen, so verbessert sich die Positionsschätzung
, bis sie bei
f ≡ f ~ stabil bleibt.
-
Im Modell Kamerapixel, Projektionslinse, Blende, punktförmiges Loch, verschiebbares Hintergrundbild wird die Blende doppelkegelförmig durch das Loch auf den Hintergrund ”projiziert”. Diese Kreuzkorrelationsoperation kann als Faltung verstanden werden, indem die natürlicherweise ”umgedrehte” Blende vor dem Loch und das Hintergrundbild gefaltet werden.
-
Durch diese Faltungsoperation sollen idealerweise punktförmige Lichtquellen in der Hintergrundebene abgebildet werden auf das gewünschte Muster, hier: cosx + cosy.
-
Ein fundamentaler Ansatz wäre, die Blende als Fourier-Rücktransformierte eines Tiefpasses auszulegen, damit würden die ”abgetasteten” punktförmigen Lichtquellen bei Beachtung des Abtasttheorems auf die passende Kurve transformiert. Dies scheitert aber an der begrenzten Größe der Blende und der Realisierbarkeit von ausschließlich reellen und positiven Blendenkoeffizienten, da bereits die Phase des Lichts verwendet wird, um auf ein Kamerapixel zu fokussieren. Ein idealer Tiefpass würde einen sinx/x erfordern.
-
Ein pragmatischer Ansatz ist eine Dreiecksblende, die am Rand schwarz und im Zentrum transparent ist. Wenn der Abstand der Lichtpunkte gleich dem Radius der Blende ist, wird hiermit eine Mittelung bzw. lineare Interpolation durchgeführt.
-
Entsprechend sollte die Blende anhand folgender Gesichtspunkte entworfen werden:
- • begrenzter Radius, außerhalb: Transmission T = 0;
- • keine Kanten, der Gradient sollte stetig sein, damit die iterative Positionsschätzung durchgeführt werden kann
- • damit wird impliziert, dass zum Rand hin ein ”weicher” Übergang auf T = 0 folgt und im Zentrum ein ”hügelförmiges” Maximum besteht
- • die gewünschte Beziehung cosx + cosy wird normiert zu: cosx+cosy+2 / 4
- • der größtmögliche Abstand zweier Maxima ist diagonal: 2π√2, in der Mitte ist für überlappende Faltungen ΣT = 05 zu erreichen; der Blendenradius sollte also größer als rmin = π√2 sein.
- • vorteilhaft sind konzentrische Graumuster.
-
Eine mögliche Blende, wie sie beispielsweise in
4 dargestellt ist, ergibt sich beispielsweise aus:
wobei k die Streckung ist.
-
Die Streckung k sollte passend gewählt werden, da für k = 1 zwar die Maxima gut angenähert werden, aber wegen fehlendem Überlapp wird nicht überall die erforderliche Sensitivität für die Bestimmung der Kippwinkel erreicht wird, wie in den 5 und 6 dargestellt ist.
-
Ein Optimum ist bei ca. k = 1.46 gegeben, wo die kleinste Sensitivität bei 83% der Sensitivität von cosx+cosy+2 / 4 liegt.
-
Die dargestellten vier Funktion fv, die sich durch Betrachtung eines einzigen Musters f1 unter geeigneten Blickwinkeln ergeben, eignen sich also für eine inkrementelle Positionsbestimmung.
-
Die 7 zeigt eine schematische Darstellung einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage 100, die eine EUV-Lichtquelle 101, ein Beleuchtungssystem 102 und ein Projektionsobjektiv 103 aufweist. Mit dem Beleuchtungssystem 102 wird das Licht der EUV-Lichtquelle 101 auf ein Retikel 105 gelenkt, welches die auf einen Wafer 106 abzubildenden Strukturen aufweist. Das von dem Retikel 105 reflektierte EUV-Licht wird zur verkleinernden Abbildung der Strukturen des Retikels 105 durch das Projektionsobjektiv 103 auf den Wafer gelenkt. In dem Beleuchtungssystem 102 einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage 100 kann eine Spiegelanordnung in Form eines Mikrospiegelarrays 107 angeordnet sein, deren kippbare Spiegelelemente durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung 104 zur Bestimmung der Kippwinkel überwacht wird.
-
Gemäß dem Ablaufdiagramm der 8 kann eine entsprechende Projektionsbelichtungsanlage 100 in einem ersten Schritt S1 bereitgestellt werden, wobei in einem zweiten Schritt S2 ein zweidimensionales Muster von Lichtquellen in der Vorrichtung 104 zur Bestimmung der Kippwinkel bereitgestellt wird.
-
Im Schritt S3 wird das von den kippbaren Spiegelelementen des Mikrospiegelarrays 107 reflektierte Licht des bereitgestellten zweidimensionalen Musters von Lichtquellen mittels der jedem Spiegelelement zugeordneten Erfassungsbereiche eines Erfassungsdetektors der Vorrichtung zur Bestimmung des Kippwinkels detektiert. Im Schritt S4 werden der bzw. die Kippwinkel der Spiegelelemente bestimmt. Nachdem festgestellt worden ist, dass der oder die Kippwinkel korrekt sind bzw. sich im spezifizierten Bereich befinden, wird die Projektionsbelichtungsanlage im Schritt S5 mit einem in der Projektionsbelichtungsanlage bereitgestellten Retikel, welches die abzubildenden Strukturen aufweist, so betrieben, dass das Retikel zumindest teilweise in zumindest einem Bereich einer lichtempfindlichen Schicht eines bereitgestellten Substrats 106 abgebildet wird. Im Schritt S6 kann dann die lichtempfindliche Schicht entwickelt werden, um im weiteren Herstellungsverfahren für mikro- oder nanostrukturierte Bauteile verwendet zu werden, wie beispielsweise bei einem nachfolgenden Ätzschritt.
-
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand des Ausführungsbeispiels detailliert beschrieben worden ist, ist für den Fachmann selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt ist, sondern dass vielmehr Abwandlungen in der Weise möglich sind, dass einzelne Merkmale weggelassen oder andersartige Kombinationen von Merkmalen verwirklicht werden, ohne dass der Schutzbereich der beigefügten Ansprüche verlassen wird. Die vorliegende Offenbarung schließt sämtliche Kombinationen der vorgestellten Einzelmerkmale mit ein.
-
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
-
