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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie sowie ein Verfahren zum Betrieb einer derartigen Projektionsbelichtungsanlage.
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STAND DER TECHNIK
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Projektionsbelichtungsanlagen für die Mikrolithographie werden zur Herstellung von mikrostrukturierten oder nanostrukturierten Bauteilen der Mikroelektronik oder Mikrosystemtechnik eingesetzt. Um Bauteile mit extrem klein dimensionierten Strukturen im Nanometer- und Mikrometerbereich exakt herstellen zu können, muss eine entsprechende Projektionsbelichtungsanlage Strukturen, die auf einem Retikel enthalten sind, in exakter Weise auf ein Substrat, wie einen Wafer, abbilden können.
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Allerdings kommt es bei der Abbildung in Projektionsbelichtungsanlagen durch die Strahlungsbelastung der optischen Elemente der Projektionsbelichtungsanlage mit dem Arbeitslicht der Projektionsbelichtungsanlage, mit dem die Abbildung erfolgt, zu einer üblicherweise ungleichmäßigen Erwärmung der optischen Elemente, wobei durch die Erwärmung Abbildungsfehler entstehen können.
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Entsprechend sind bereits Vorrichtungen und Verfahren zur Verbesserung des Abbildungsverhaltens von Projektionsbelichtungsanlagen vorgeschlagen worden, die den Temperatureinfluss, der durch das Arbeitslicht der Projektionsbelichtungsanlage selbst erzeugt wird, kompensiert. Ein Beispiel ist in der
WO 2009/053001 A1 beschrieben, bei welchem eine entsprechende Projektionsbelichtungsanlage so ausgebildet ist, dass sie im kalten Zustand, also beispielsweise bei unmittelbarem Beginn der Nutzung der Projektionsbelichtungsanlage, einen ersten Abbildungsfehler aufweist, der so gestaltet ist, dass er zumindest einen zweiten, nach der Erwärmung der optischen Elemente beim Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage verursachten Abbildungsfehler zumindest teilweise kompensiert. Mit anderen Worten, in der Projektionsbelichtungsanlage ist bereits der durch die Erwärmung der optischen Elemente entstehende Abbildungsfehler berücksichtigt und kompensiert.
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Allerdings wird dadurch der Betrieb einer derartigen Projektionsbelichtungsanlage eingeschränkt, da durch veränderte Beleuchtungseinstellungen und/oder Abbildung unterschiedlicher Retikel die Temperaturbelastung der optischen Elemente und der daraus entstehende Abbildungsfehler variieren können.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Projektionsbelichtungsanlage sowie ein Verfahren zum Betrieb einer derartigen Projektionsbelichtungsanlage anzugeben, welche es ermöglichen, Abbildungsfehler durch Temperatureinflüsse des Arbeitslichts der Projektionsbelichtungsanlage, also des Lichts bzw. der elektromagnetischen Strahlung der Projektionsbelichtungsanlage, die für die Abbildung des Retikels in der Projektionsbelichtungsanlage verwendet wird, für verschiedene Beleuchtungseinstellungen und/oder Abbildung unterschiedlichster Retikel zu kompensieren. Eine derartige Projektionsbelichtungsanlage soll gleichwohl eine hohe Leistung, d. h. eine hochauflösende exakte Abbildung kleinster Strukturen ermöglichen, wobei die Korrektur temperaturbedingter Abbildungsfehler mit möglichst geringem Aufwand erfolgen soll.
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TECHNISCHE LÖSUNG
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb einer Projektionsbelichtungsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Projektionsbelichtungsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 11. Weiter vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung schlägt vor, bei einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mindestens ein temperierbares, insbesondere beheizbares optisches Element vorzusehen, bei welchem ein Temperaturprofil mit einer Temperiereinrichtung, also einer Heiz- und/oder Kühleinrichtung erzeugt werden kann, welches so gewählt wird, dass das Temperaturprofil für verschiedene, insbesondere alle möglichen oder geplanten Beleuchtungseinstellungen und/oder verschiedene Retikel gleich eingestellt werden kann. Damit ist ein zeitlich konstantes Temperaturprofil bei dem entsprechenden temperierbaren optischen Element erzeugbar, welches identisch für verschiedene Beleuchtungseinstellungen und/oder die Verwendung verschiedener Retikel ist. Damit entfällt die Veränderung der Abbildungsbedingungen durch eine veränderte Temperaturbelastung bei einer Änderung der Beleuchtungseinstellungen bzw. der Abbildung eines anderen Retikels.
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Das gleiche Temperaturprofil über einem temperierbaren optischen Element kann dadurch eingestellt werden, dass bei veränderten Beleuchtungseinstellungen und/oder veränderten Abbildungsbedingungen bzw. unterschiedlichen Retikeln die unterschiedlichen Temperaturbelastungen des temperierbaren optischen Elements und die daraus resultierenden, unterschiedlichen Temperaturverteilungen über dem optischen Element durch örtlich angepasste Temperierung in der Weise ausgeglichen wird, dass örtlich verteilt das temperierbare optische Element gekühlt und/oder beheizt wird, um das gewünschte Temperaturprofil über dem temperierbaren optischen Element einzustellen. Entsprechend weist eine Projektionsbelichtungsanlage mindestens eine Kühl- und/oder Heizeinrichtung für mindestens ein temperierbares optisches Element, wie beispielsweise einen Spiegel oder eine optische Linse, auf.
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Das gleiche Temperaturprofil bei unterschiedlichen Abbildungsbedingungen und/oder Beleuchtungseinstellungen und/oder verschiedenen Retikeln kann insbesondere dann eingestellt werden, wenn das Temperaturprofil so ausgewählt wird, dass die dem Temperaturprofil zugrundeliegende, vom optischen Element absorbierte Intensitätsverteilung über dem temperierbaren, optischen Element an jedem Ort des temperierbaren, optischen Elements eine vom optischen Element absorbierte Intensität aufweist, die gleich oder höher als die maximale vom optischen Element absorbierte Intensität unter den verschiedenen Abbildungsbedingungen und/oder bei verschiedenen Beleuchtungseinstellungen und/oder bei verschiedenen Retikeln an eben jenem Ort ist. Wenn das Temperaturprofil so gewählt wird, dass die der Temperatur zugrundeliegende, vom optischen Element absorbierte Intensität an jedem Ort des temperierbaren, optischen Elements gleich der maximalen, der Temperatur zugrundeliegenden, vom optischen Element absorbierten Intensität oder höher ist, kann ohne Kühleinrichtung ausschließlich mittels einer entsprechenden Heizeinrichtung der fehlende Temperaturbeitrag an einem bestimmten Ort des optischen Elements bei einer gegebenen Beleuchtungseinstellung, die an dem bestimmten Ort des temperierbaren, optischen Elements lediglich eine geringere Temperatur erzeugt, durch zusätzliches Heizen erzeugt werden. Weist die Projektionsbeleuchtungsanlage eine Kühleinrichtung auf, so muss das Temperaturprofil jedoch nicht zwingend so gewählt sein, dass deren zugrundeliegende, vom temperierbaren, optischen Element absorbierte Intensitätsverteilung an jedem Ort größer oder mindestens gleich der maximal möglichen, vom temperierbaren, optischen Element absorbierten Intensitätsverteilung bei verschiedenen Beleuchtungseinstellungen und/oder verschiedenen Retikeln ist. Vielmehr reicht es bei Vorhandensein einer Kühleinrichtung aus, dass das Temperaturprofil über dem temperierbaren, optischen Element mittels Heizeinrichtung und/oder Kühleinrichtung bei den verschiedenen Beleuchtungseinstellungen und/oder verschiedenen Retikeln jeweils eingestellt werden kann.
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Das Temperaturprofil kann beim Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage zusätzlich durch entsprechende Anpassung der Temperierung, also des Heizens und/oder Kühlens bei einer einzigen Beleuchtungseinstellung und/oder bei der Abbildung des gleichen Retikels unter unveränderten Abbildungsbedingungen zeitlich konstant gehalten werden, wobei entsprechende Sensoren vorgesehen sein können, um die Temperatur zu erfassen und an eine Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung zu übermitteln, mit deren Hilfe durch Veränderung der Heiz- und/oder Kühlleistung die Temperatur konstant gehalten werden kann.
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Da die Temperatur entsprechend dem einzustellenden Temperaturprofil örtlich unterschiedlich sein kann, kann die mindestens eine Heiz- und/oder Kühleinrichtung so ausgestaltet sein oder es können mehrere Heiz- und/oder Kühleinrichtungen so aufeinander abgestimmt sein, dass sie örtlich diskret entsprechende Heiz- und/oder Kühlleistungen zur Verfügung stellen können. Insbesondere können die Heiz- und/oder Kühleinrichtung eine Vielzahl von Bereichen eines temperierbaren, optischen Elements getrennt voneinander temperieren.
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Ein für verschiedene Beleuchtungseinstellungen und/oder Retikel bzw. Abbildungseinstellungen identisches Temperaturprofil kann individuell für jedes von mehreren, temperierbaren, optischen Elementen ermittelt und eingestellt werden.
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Aufgrund des für mehrere Beleuchtungs- und/oder Abbildungseinstellungen bzw. Retikel gleiche Temperaturprofil, welches insbesondere während des Betriebs zeitlich konstant gehalten werden kann, kann der somit auch gleich bleibende Abbildungsfehler, der durch die Temperaturbelastung des oder der optischen Elemente entsteht, auch gleichbleibend kompensiert werden. Die Kompensation des Abbildungsfehlers kann an jedem, insbesondere jedem temperierbaren, optischen Element direkt selbst erfolgen oder an einem optischen Element für den gesamten Abbildungsfehler der Anlage oder mehrerer optischer Elemente oder durch eine separate Kompensationseinrichtung, wie beispielsweise ein zusätzliches optisches Kompensationselement, erfolgen.
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Da das der Temperatur zugrundeliegende, vom optischen Element absorbierte Intensitätsprofil durch die Temperiereinrichtung beliebig einstellbar ist, kann auch ein entsprechendes Intensitätsprofil gewählt werden, welches besonders einfach kompensierbar ist, oder bei dem der Abbildungsfehler bzw. die Wellenfrontaberration, die durch dieses Temperaturprofil erzeugt wird, auf einfache Weise durch eine Kompensationseinrichtung oder Abwandlung des oder der optischen Elemente kompensiert werden kann.
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Eine derartige Projektionsbelichtungsanlage kann vorteilhaft dann betrieben werden, wenn die Projektionsbelichtungsanlage vortemperiert ist, also ein konstanter Temperaturzustand durch die Aufheizung mit Arbeitslicht und die angepasste, zusätzliche Temperierung durch eine Temperiereinrichtung erreicht ist.
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Für die Ermittlung der Kompensation kann der temperaturbedingte Abbildungsfehler bzw. die Wellenfrontaberration, die durch die Einstellung des oder der Temperaturprofile erzeugt wird, durch Simulation und/oder Messung ermittelt werden.
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Eine Beheizung eines temperierbaren, optischen Elements kann durch Strahlungsheizung erfolgen, sodass anstelle eines zeitlich konstanten Temperaturprofils auch entsprechend ein zeitlich konstantes Profil der absorbierten Strahlungsintensität eingestellt werden kann, wobei das Profil der absorbierten Strahlungsintensität wiederum so gewählt ist, dass es über dem temperierbaren, optischen Element an jedem Ort des temperierbaren, optischen Elements eine vom optischen Element absorbierte Intensität aufweist, die gleich oder höher als die maximale absorbierte Intensität der Lichtquelle der Projektionsbelichtungsanlage unter den verschiedenen Abbildungsbedingungen und/oder bei verschiedenen Beleuchtungseinstellungen und/oder bei verschiedenen Retikeln an eben jenem Ort ist.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Die beigefügten Zeichnungen zeigen in rein schematischer Weise in
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1 eine Darstellung einer Projektionsbelichtungsanlage gemäß der Erfindung,
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2 in den Teilbildern a) und b) eine Draufsicht auf ein optisches Element (Teilbild a)) sowie einen Temperaturverlauf über das optische Element aus Teilbild a) entlang der dort gezeigten Linie und in
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3 einen Querschnitt durch das optische Element aus der 2a) mit der Darstellung der Anpassung einer optisch wirksamen Fläche zur Kompensation des eingestellten Temperaturprofils.
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AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Weitere Vorteile, Kennzeichen und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der Ausführungsbeispiele deutlich, wobei die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist.
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Die 1 zeigt in einer rein schematischen Darstellung eine Projektionsbelichtungsanlage 1 für die Mikrolithographie, mit der mikrostrukturierte oder nanostrukturierte Bauteile der Elektrotechnik oder Mikrostruktursystemtechnik hergestellt werden können.
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Die Projektionsbelichtungsanlage 1 umfasst eine Lichtquelle 2 und eine Beleuchtungseinheit 3, mit der ein Retikel 4 mit dem Licht der Lichtquelle 2 beleuchtet wird. Unter Licht ist hierbei jede elektromagnetische Strahlung zu verstehen, die für die Abbildung des Retikels 4 genutzt werden kann.
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Das Retikel 4 wird durch das Projektionsobjektiv 5 auf einen Wafer 6 abgebildet, auf dem durch mikrolithographische Prozesse eine dem Retikel 4 entsprechende Struktur gebildet werden kann.
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Das Projektionsobjektiv 5 umfasst mehrere optische Elemente 7, von denen in der 1 lediglich ein optisches Element 7 dargestellt ist, welches zugleich ein beheizbares optisches Element ist. Hierzu ist eine Heizeinrichtung 8 mit mehreren Heizstrahlern 8a und 8b vorgesehen, die beispielsweise durch Infrarotstrahler gebildet sein können. Zusätzlich kann eine Kühleinrichtung 16 am optischen Element 7 vorgesehen werden, um das optische Element 7 nicht nur heizen, sondern auch kühlen zu können. Eine Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 17 ist zur Steuerung und/oder Regelung der Kühl- und/oder Heizeinrichtung 8, 16 vorgesehen.
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Darüber hinaus ist in dem Projektionsobjektiv 5 der Projektionsbelichtungsanlage 1 der 1 schematisch eine Kompensationseinrichtung 9 dargestellt, die im Strahlengang des Projektionsobjektivs 5 angeordnet werden kann, um eine Wellenfrontaberration durch die Beheizung des beheizbaren optischen Elements 7 zu kompensieren. Statt einer entsprechenden Kompensationseinrichtung 9, die beispielsweise durch ein zusätzliches optisches Element gebildet sein kann, kann die Kompensation eines Abbildungsfehlers, der durch die Einstellung eines Temperaturprofils an einem oder mehreren optischen Elementen 7 erzeugt wird, auch durch eine entsprechende Gestaltung insbesondere einer optisch wirksamen Fläche eines oder mehrerer optischer Elemente des Projektionsobjektivs 5, die im Projektionsobjektiv 5 sowieso vorgesehen sind, bewirkt werden.
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Die 2 zeigt in den Teilbildern a) und b) wie die erfindungsgemäße Einstellung eines zeitlich konstanten Temperaturprofils für unterschiedliche Beleuchtungseinstellungen und/oder verschiedene Retikel 4 erfolgen kann.
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Die 2a) zeigt eine Draufsicht auf das optische Element 7, beispielsweise in Form einer optischen Linse, sowie eine Linie 13 die sich über das beheizbare optische Element 7 erstreckt. Die 2b) zeigt Temperaturverläufe 10, 11, 12 entlang der Linie 13 in verschiedenen Situationen.
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Der Temperaturverlauf 10 zeigt beispielsweise den Verlauf der Temperatur entlang der Linie 13 bei einer bestimmten Beleuchtungseinstellung, die mit der Beleuchtungseinheit 3 für die Beleuchtung des Retikels 4 eingestellt werden kann. Durch die Strahlungsbelastung mit der Lichtquelle 2 stellt sich der Temperaturverlauf 10 entlang der Linie 13 in dem optischen Element 7 ein.
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Wird die Beleuchtungseinstellung der Beleuchtungseinheit 3 und/oder das Retikel 4 bzw. eine andere Abbildungseinstellung geändert, so kann sich ein unterschiedlicher Temperaturverlauf entlang der Linie 13 über dem optischen Element 7 ergeben, wie er beispielsweise im Temperaturverlauf 11 dargestellt ist. Dadurch würden sich bei einem Wechsel der Beleuchtungseinstellungen und/oder des Retikels unterschiedliche Temperaturverteilungen über dem optischen Element 7 mit entsprechend unterschiedlichen Abbildungseigenschaften ergeben. Um dies zu vermeiden, wird gemäß der Erfindung ein Temperaturprofil 12 über dem optischen Element 7 eingestellt, welches durch die Heizeinrichtung 8 realisiert werden kann.
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Das Temperaturprofil 12 wird dabei so gewählt, dass dessen zugrundeliegende, vom optischen Element 7 absorbierte Intensität an jedem Ort immer größer oder zumindest gleich der maximal möglichen, vom optischen Element 7 absorbierten Intensität an eben jenem Ort bei verschiedenen Beleuchtungseinstellungen und/oder verschiedenen Retikeln ist. Entsprechend kann das dem Temperaturprofil 12 zugrundeliegende, vom optischen Element 7 absorbierte Intensitätsprofil als Einhüllende der verschiedenen, den Temperaturverläufen 10, 11 zugrundeliegenden, vom optischen Element 7 absorbierten Intensitätsprofile gesehen werden. Dadurch wird sichergestellt, dass ein zeitlich konstantes Temperaturprofil über dem optischen Element 7 eingestellt werden kann, da die Heizeinrichtung 8 je nach Beleuchtungseinstellung und/oder Retikel den fehlenden Temperaturbetrag durch Heizen erzeugen kann.
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Beispielsweise ist an der Position x1 die Temperaturbelastung des optischen Elements 7 gemäß dem Temperaturverlauf 11 bei der entsprechenden Beleuchtungseinstellung bereits sehr hoch, sodass die Temperatur des einzustellenden Temperaturprofils 12 in etwa diesem Temperaturwert des Temperaturverlaufs 11 entspricht, sodass diese Stelle des optischen Elements durch die Heizeinrichtung 8 nicht mehr geheizt werden muss. Ist jedoch die Beleuchtungseinstellung gewählt, die den Temperaturverlauf 10 über dem optischen Element 7 erzeugt, ergibt sich eine Differenz D1 zwischen der Temperatur des einzustellenden Temperaturprofils 12 und dem Temperaturverlauf 10, die durch Heizen mit der Heizeinrichtung 8 ausgeglichen wird. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass das Temperaturprofil 12 über dem optischen Element 7 über die verschiedenen Beleuchtungseinstellungen und/oder bei der Abbildung unterschiedlicher Retikel konstant ist. Dadurch ergeben sich bei Änderungen der Beleuchtungseinstellung und/oder des Retikels keine Änderungen bezüglich der Temperaturbelastung der beheizbaren optischen Elemente, sodass die Abbildungsbedingungen gleichbleibend sind.
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Damit ist es möglich, die durch die gleichbleibende Temperaturbelastung der optischen Elemente erzeugte Wellenfrontaberration mit einer einzigen darauf abgestimmten Maßnahme zu kompensieren, und zwar entweder durch eine zusätzliche, geeignete Kompensationseinrichtung oder durch Anpassung der Formgestaltung des oder der optischen Elemente.
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In 3 ist ein Querschnitt durch das beheizbare optische Element 7 gezeigt, welches einerseits die Form einer optisch aktiven Fläche 14 zeigt, die ohne Temperaturbelastung des optischen Elements für die gewünschte Abbildung einzustellen wäre. Diese theoretische Flächenform 14 kann nun gemäß der Erfindung so abgewandelt werden, dass die Flächenform 15 eingestellt wird, die auf das einzustellende Temperaturprofil 12 abgestimmt ist. Dies bedeutet, dass die Form der optischen Fläche 15 den Abbildungsfehler, der durch die Temperaturbelastung des optischen Elements 7 aufgrund der Temperaturverteilung 12 entsteht, kompensiert. Damit kann für eine Vielzahl von Beleuchtungseinstellungen und/oder Retikel eine optimale Abbildung durch die Projektionsbelichtungsanlage 1 gewährleistet werden.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben worden ist, ist für den Fachmann selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern dass vielmehr Abwandlungen in der Weise möglich sind, dass einzelne Merkmale weggelassen oder andersartige Kombinationen von Merkmalen verwirklicht werden können, ohne dass der Schutzbereich der beigefügten Ansprüche verlassen wird. Die vorliegende Offenbarung schließt sämtliche Kombinationen der vorgestellten Einzelmerkmale mit ein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Projektionsbelichtungsanlage
- 2
- Lichtquelle
- 3
- Beleuchtungseinheit
- 4
- Retikel
- 5
- Projektionsobjektiv
- 6
- Wafer
- 7
- optisches Element
- 8
- Heizeinrichtung
- 8a, b
- Heizstrahler
- 9
- Kompensationseinrichtung
- 10
- Temperaturverlauf
- 11
- Temperaturverlauf
- 12
- Temperaturprofil
- 13
- Linie
- 14
- optisch aktive Fläche
- 15
- optische Fläche
- 16
- Kühleinrichtung
- 17
- Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung
- 18
- Speicher
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DEFINITIONEN
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Unter optischen Elementen werden sowohl nicht-temperierbare als auch temperierbare optische Elemente verstanden, wobei die temperierbaren optischen Elemente heizbare, kühlbare oder heiz- und/oder kühlbare optische Elemente umfassen können. Eine Projektionsbelichtungsanlage gemäß der vorliegenden Erfindung kann sämtliche der oben angeführten optischen Elemente enthalten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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