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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Positionsregelung einer Spiegelanordnung. Dabei kann es sich insbesondere um eine Spiegelanordnung in einer Projektionsbelichtungsanlage handeln.
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Stand der Technik
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Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise oder LCD’s, angewendet. Der Mikrolithographieprozess wird in einer sogenannten Projektionsbelichtungsanlage durchgeführt, welche eine Beleuchtungseinrichtung und ein Projektionsobjektiv aufweist. Das Bild einer mittels der Beleuchtungseinrichtung beleuchteten Maske (= Retikel) wird hierbei mittels des Projektionsobjektivs auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes und in der Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnetes Substrat (z.B. ein Siliziumwafer) projiziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen.
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In einer für EUV (d.h. für elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge unterhalb von 15 nm) ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage werden mangels Vorhandenseins lichtdurchlässiger Materialien Spiegel als optische Komponenten für den Abbildungsprozess verwendet.
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In der Beleuchtungseinrichtung ist insbesondere der Einsatz von Facettenspiegeln in Form von Feldfacettenspiegeln und Pupillenfacettenspiegeln als bündelführende Komponenten z.B. aus
DE 10 2008 009 600 A1 bekannt. Derartige Facettenspiegel sind aus einer Vielzahl von Einzelspiegeln oder Spiegelfacetten aufgebaut, welche jeweils zum Zwecke der Justage oder auch zur Realisierung bestimmter Beleuchtungswinkelverteilungen über Festkörpergelenke kippbar ausgelegt sein können.
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Grundsätzlich kann in der Projektionsbelichtungsanlage bei der Positionsmanipulation der einzelnen Spiegel die jeweilige Spiegelposition mittels eines Positionssensors gemessen und mittels eines Reglers über einen Aktor auf den gewünschten Wert eingestellt werden.
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Bei der Positionsregelung der Spiegel oder Spiegelanordnungen einer für EUV ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage ergeben sich in der Praxis infolge der typischerweise vorhandenen Vakuumbedingungen Probleme aufgrund einer nur sehr geringen Dämpfung der Schwingungen der betreffenden Spiegel. Diese geringe Dämpfung sowie auch auftretende parasitäre Effekte haben bei der Positionsregelung erhebliche Einschränkungen hinsichtlich der möglichen Reglerauslegung und insbesondere der Bandbreite der Regelung zur Folge.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung zur Positionsregelung einer Spiegelanordnung bereitzustellen, welche eine effiziente Regelung unter Vermeidung der vorstehend beschriebenen Probleme ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch die Anordnung gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst.
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Bei einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Positionsregelung einer Spiegelanordnung weist die Spiegelanordnung eine Mehrzahl unabhängig voneinander verstellbarer Spiegelelemente auf, wobei die Anordnung zur Positionsregelung einen ersten Regelkreis aufweist, in welchem eine Positionsregelung von jedem dieser Spiegelelemente basierend auf einem für die mittlere Position der Spiegelelemente charakteristischen Eingangssignal erfolgt.
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Die vorliegende Erfindung geht dabei insbesondere von der Überlegung aus, dass in einer Spiegelanordnung mit einer Mehrzahl unabhängig voneinander verstellbarer Spiegelelemente (wie z.B. einem Facettenspiegel) die jeweiligen Eigenfrequenzen dieser Spiegelelemente im realen System nicht übereinstimmen, sondern eine gewisse Streuung über ein Frequenzspektrum hinweg aufweisen.
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Dieser Umstand führt dazu, dass – wie in den Bode-Diagrammen von 2a–2d dargestellt – mit zunehmender Streuung bzw. Anzahl von Spiegelelementen unterschiedlicher Eigenfrequenz für die Überlagerung der einzelnen Übertragungsfunktionen eine effektive Linienverbreiterung im jeweiligen Bode-Diagramm auftritt, welche effektiv einem zunehmend stark gedämpften System entspricht. Dabei sind in 2a–2d jeweils für unterschiedliche Anzahlen von Spiegelelementen (2a: N = 2, 2b: N = 10, 2c: N = 50 und 2d: N = 500) die jeweiligen Vergleichsspektren bei Annahme identischer bzw. unterschiedlicher Eigenfrequenzen f0 der einzelnen Spiegelelemente dargestellt.
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Diese mit zunehmender Anzahl der in einer Spiegelanordnung vorhandenen Spiegelelemente wachsende Streuung der Resonanzfrequenzen in der Übertragungsfunktion führt insbesondere dazu, dass einzelne Spiegelelemente sich bei ein- und derselben Frequenz hinsichtlich ihrer Phase voneinander unterscheiden, wobei z.B. bei ein- und derselben Frequenz ein Spiegelelement eine Phase von 0° und ein anderes Spiegelelement eine Phase von 180° aufweisen kann, etc. Im Ergebnis ergeben sich so für die gesamte Spiegelanordnung bei der Überlagerung Kompensationseffekte, die nun erfindungsgemäß vorteilhaft genutzt werden können.
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Die Erfindung basiert somit zunächst auf der Erkenntnis, dass sich eine (im Weiteren auch als „Ensemble“ bezeichnete) Mehrzahl von Spiegelelementen mit einer gewissen Frequenzstreuung der jeweiligen Eigenfrequenz im Mittel so verhält wie ein gedämpftes System mit entsprechender Linienbreite. Mit anderen Worten kann effektiv einem solchen „Ensemble“ aus Spiegelelementen mit einer gewissen Frequenzverteilung eine höhere Dämpfung zugeordnet werden als den einzelnen „Ensemble-Mitgliedern“, d.h. jedem einzelnen dieser Spiegelelemente.
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Ausgehend von dieser Überlegung liegt der Erfindung nun das Konzept zugrunde, bei der Positionsregelung der aus den einzelnen Spiegelelementen gebildeten Spiegelanordnung (z.B. einem Facettenspiegel) eine Ensemble-Regelung in solcher Weise zu realisieren, dass die betreffende Ensemble-Regelung basierend auf der gemittelten Position aller Ensemble-Mitglieder bzw. Spiegelelemente (als Messsignal bzw. Eingangssignal der Regelung) erfolgt, wobei das entsprechende Reglerausgangssignal wiederum auf sämtliche Ensemble-Mitglieder bzw. Spiegelelemente wirkt.
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Mit anderen Worten erfolgt gemäß der Erfindung zum einen die Ermittlung eines Summensignals der Positionen sämtlicher Spiegelelemente der Spiegelanordnung und zum anderen eine entsprechende Regelung dieses Summensignals, indem die einzelnen Spiegelelemente bzw. die diesen Spiegelelementen jeweils zugeordneten Aktoren wieder mit einem gemeinsamen bzw. übereinstimmenden Korrektursignal beaufschlagt werden. Dabei wird das Summensignal noch durch Anzahl der Spiegelelemente geteilt, so dass an den Regler ein gemitteltes Signal weitergegeben wird.
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Die vorstehend beschriebene, erfindungsgemäße Ensemble-Regelung kann in Ausführungsformen der Erfindung insbesondere einem weiteren Regler, welcher in herkömmlicher Weise zur Positionsregelung jedes einzelnen der Spiegelelemente bzw. Ensemble-Mitglieder auf Basis individueller Sollwerte ausgelegt ist, in einer auch als „Kaskadenregelung“ oder „kaskadierte Regelung“ bezeichneten Regelung überlagert werden.
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Gemäß dieser Ausgestaltung umfasst die erfindungsgemäße Anordnung zur Positionsregelung somit einen Regelkreis zur individuellen Positionsregelung der Einzelspiegel der Spiegelanordnung als auch einen weiteren („äußeren“) Regelkreis (d.h. die oben beschriebene Ensemble-Regelung), welcher als Eingangssignal die mittlere Positionsabweichung des Ensembles hat und dessen Ausgangssignal auf sämtliche Spiegelelemente wirkt.
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Dadurch, dass in der vorstehend beschriebenen Regelungsarchitektur die Ensemble-Regelung auf dem mittleren Verhalten der einzelnen Spiegelelemente basiert und somit den vorstehend unter Bezugnahme auf 2a–2d beschriebenen Effekt einer effektiven Linienverbreiterung entsprechend einem gedämpften System nutzt, kann für diese Ensemble-Regelung im Vergleich zu einer individuellen bzw. einer allein auf individuell unterschiedlichen Solwerten basierenden Positionsregelung der einzelnen Spiegelelemente eine deutlich höhere Regelbandbreite aufgrund der effektiv höheren Dämpfung und damit im Ergebnis eine besonders effiziente Regelung erzielt werden.
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Ein weiterer, durch das erfindungsgemäße Konzept erzielter Vorteil ist, dass sich der vorstehend beschriebene Überlagerungs- bzw. Kompensationseffekt auch auf parasitäre Schwingungsmoden auswirkt, welche bei vergleichsweise hohen Frequenzen auftreten, so dass durch die Reduzierung solcher parasitären Schwingungsmoden eine weitere Verbesserung der Reglerperformance erzielt werden kann.
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Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebene „kaskadierte Regelung“ beschränkt. Vielmehr sollen auch solche Anordnungen zur Positionsregelung von der Erfindung umfasst sein, bei welchen die beschriebene Ensemble-Regelung ohne Vorhandensein einer „unterlagerten“ individuellen Positionsregelung der einzelnen Ensemble-Mitglieder bzw. Spiegelelemente realisiert wird.
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Die Erfindung ist hinsichtlich der Anzahl der in der Spiegelanordnung vorhandenen Spiegelelemente nicht weiter eingeschränkt. So kann lediglich beispielhaft die Anzahl der Spiegelelemente in der Spiegelanordnung fünfzig oder auch mehr oder weniger betragen.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das für die mittlere Position der Spiegelelemente charakteristische Eingangssignal ein Ortssignal. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. In weiteren Ausführungsformen kann die Realisierung der erfindungsgemäßen Ensemble-Regelung auch basierend auf einem (über jeweils einen optischen Sensor gemessenen) optischen Signal anstelle eines Ortssignals erfolgen. Mit anderen Worten kann anstelle der Ermittlung der jeweiligen Positionen der Spiegelelemente auch das entsprechend der optischen Wirkung dieser Spiegelelemente abgelenkte Licht mit z.B. einem kamerabasierten Sensor gemessen und anstelle der Positionssignale herangezogen werden.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Projektionsbelichtungsanlage mit einer erfindungsgemäßen Anordnung. Die Projektionsbelichtungsanlage kann insbesondere für einen Betrieb im EUV ausgelegt sein. In weiteren Anwendungen kann die Projektionsbelichtungsanlage auch für einen Betrieb im VUV-Bereich ausgelegt sein, beispielsweise für Wellenlängen kleiner als 200 nm, insbesondere kleiner als 160 nm.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Es zeigen:
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1a–b schematische Darstellungen zur Erläuterung des möglichen Aufbaus einer für den Betrieb im EUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage;
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2a–d Diagramme zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Konzepts; und
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3–5 schematische Darstellungen zur Erläuterung unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1a zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften für den Betrieb im EUV ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage, in welcher die vorliegende Erfindung realisierbar ist.
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Gemäß 1a weist eine Beleuchtungseinrichtung 101 in einer für EUV ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage 100 insbesondere einen Feldfacettenspiegel 110 (mit Facetten 111) und einen Pupillenfacettenspiegel 120 (mit Facetten 121) auf. Auf den Feldfacettenspiegel 110 wird das Licht einer Lichtquelleneinheit 105, welche eine Plasmalichtquelle 106 und einen Kollektorspiegel 107 umfasst, gelenkt. Die Spiegelelemente bzw. Facetten 111 des Feldfacettenspiegels 110 sind unabhängig voneinander verstellbar, wodurch sich unterschiedliche Beleuchtungswinkelverteilungen auf einer in der Objektebene OP des Projektionsobjektivs 100 angeordneten Maske M realisieren lassen. Im Lichtweg nach dem Pupillenfacettenspiegel 120 sind ein erster Teleskopspiegel 131 und ein zweiter Teleskopspiegel 132 angeordnet. Im Lichtweg nachfolgend ist ein Umlenkspiegel 140 angeordnet, der die auf ihn auftreffende Strahlung auf ein Objektfeld 145 in der Objektebene OP eines sechs Spiegel M1–M6 umfassenden Projektionsobjektivs 150 lenkt. Am Ort des Objektfeldes 145 ist eine reflektive strukturtragende Maske M angeordnet, die mit Hilfe des Projektionsobjektivs 150 in eine Bildebene IP abgebildet wird.
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Die Erfindung ist nicht auf den in 1a gezeigten konkreten Aufbau beschränkt, sondern grundsätzlich in einer Projektionsbelichtungsanlage beliebigen Aufbaus realisierbar.
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1b zeigt zur Erläuterung einer Ausführungsform der Erfindung eine lediglich schematische, stark vereinfachte Darstellung eines Ausschnitts der Beleuchtungseinrichtung 101, wobei hier der Einfachheit halber nur einige der Komponenten dargestellt sind. Gemäß 1b trifft die EUV-Strahlung der Lichtquelle 105 über einen Zwischenfokus IF auf den Feldfacettenspiegel 110 sowie den in Lichtausbreitungsrichtung nachfolgenden Pupillenfacettenspiegel 120, von welchem das Beleuchtungslicht schließlich auf die strukturtragende Maske M trifft.
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Im Weiteren werden nun Reglerarchitekturen zur Positionsregelung einer Spiegelanordnung anhand unterschiedlicher Ausführungsformen unter Bezugnahme auf 3 bis 5 erläutert, wobei die betreffende Spiegelanordnung jeweils eine Mehrzahl unabhängig voneinander verstellbarer Spiegelelemente aufweist. Bei den Spiegelelementen kann es sich insbesondere um Spiegelelemente bzw. Mikrospiegel einer Feldfacette eines Feldfacettenspiegels (z.B. des Feldfacettenspiegels 110 aus 1a) handeln. Die Erfindung ist jedoch hierauf nicht beschränkt, sondern in weiteren Ausführungsformen auch in Verbindung mit einer beliebigen anderen Spiegelanordnung aus einer Mehrzahl von individuell verstellbaren Spiegelelementen realisierbar.
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3 zeigt in einer ersten Ausführungsform eine erfindungsgemäße Anordnung zur Positionsregelung einer Spiegelanordnung aus einer Mehrzahl unabhängig voneinander verstellbarer Spiegelelemente 311, 312, ..., wobei diese Spiegelelemente in 3 mit CM1, CM2, ... bezeichnet sind. Jedem der Spiegelelemente 311, 312, ... ist im Ausführungsbeispiel von 3 ein (mit C1, C2, ... bezeichneter) Positionsregler 301, 302, ... zugeordnet, über welchen in einem Regelkreis eine Positionsregelung des betreffenden Spiegelelements jeweils auf Basis eines individuellen Sollwertes W1, W2, ... erfolgt.
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Gemäß der Erfindung ist nun diesem Regelkreis ein weiterer Regelkreis überlagert, der als Eingangssignal die mittlere Positionsabweichung des aus den Spiegelelementen 311, 312, ... gebildeten „Ensembles“ hat und dessen Ausgangssignal wiederum gemäß 3 auf die einzelnen Spiegelelemente 311, 312, ... wirkt.
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Hierzu wird gemäß 3 ein Summensignal aus den Positionssignalen sämtlicher Spiegelelemente 311, 312, ... des Ensembles gebildet und durch die Anzahl N der Spiegelelemente dividiert. Ein entsprechender Ensemble-Regler 320 (in 3 mit „Cen“ bezeichnet) wird mit der Differenz aus diesem Summensignal und einem entsprechenden Sollwert Wen für das Ensemble von Spiegelelementen beaufschlagt und berechnet ein entsprechendes Korrektursignal, mit dem gemäß 3 ebenfalls sämtliche Spiegelelemente 311, 312, ... über die Positionsregler 301, 302, ... beaufschlagt werden.
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Im Ergebnis wird so eine kaskadierte Regelung verwirklicht, wobei hinsichtlich der in dem äußeren Regelkreis realisierten Ensemble-Regelung eine wesentlich höhere Regelbrandbreite und damit eine effizientere Regelung der gemeinsamen Bewegung der Gesamtheit von Spiegelelementen 301, 302, ... im Vergleich zu einer individuellen, lediglich auf individuell unterschiedlichen Sollwerten basierenden Positionsregelung der Spiegelelemente erzielt werden kann. Dies ist darauf zurückzuführen, dass gemäß dem anhand von 2a–d beschriebenen Effekt die erfindungsgemäße Ensemble-Regelung infolge der Frequenzstreuung der jeweiligen Eigenfrequenzen der Spiegelelemente in der Spiegelanordnung gewissermaßen ein „gedämpftes System“ sieht.
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Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend anhand von 3 beschriebene Realisierung der Ensemble-Regelung in Kombination mit einer „unterlagerten“ individuellen Positionsregelung der Spiegelelemente 311, 312, ... beschränkt.
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4 zeigt eine alternative Ausführungsform, wobei im Vergleich zu 3 analoge bzw. im Wesentlichen funktionsgleiche Komponenten mit um „100“ erhöhten Bezugsziffern bezeichnet sind. Gemäß 4 wird auf eine der erfindungsgemäßen Ensemble-Regelung unterlagerte individuelle Positionsregelung der einzelnen Spiegelelemente 411, 412, ... verzichtet, so dass die Spiegelelemente 411, 412, ... lediglich mit dem Korrektursignal des Ensemble-Reglers 420, welches im Übrigen analog zu 3 ermittelt wird, beaufschlagt werden.
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5 zeigt eine weitere Ausführungsform, wobei wiederum zu 3 analoge bzw. im Wesentlichen funktionsgleiche Komponenten mit um „200“ erhöhten Bezugsziffern bezeichnet sind.
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Die Anordnung von 5 unterscheidet sich von derjenigen aus 3 lediglich dadurch, dass das der Ensemble-Regelung bzw. dem ersten Regelkreis zugrundegelegte Summensignal als optisches Summensignal über einen optischen Sensor 530 erfasst wird. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen kamerabasierten Sensor handeln, welcher das von den Spiegelelemente 511, 512, ... jeweils abgelenkte Licht erfasst. Mit anderen Worten wird im Aufbau gemäß 5 anstelle von für die Positionsänderung der Spiegelelemente 511, 512, ... charakteristischen Ortssignale deren optische Wirkung (über eine Schwerpunktveränderung der jeweils aus der Summe der Spiegelelemente generierten Lichtspots) berücksichtigt, um in ansonsten zu 3 analoger Weise eine der individuellen Positionsregelung der Spiegelelemente 511, 512, ... überlagerte Ensemble-Regelung zu verwirklichen.
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Wenn die Erfindung auch anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben wurde, erschließen sich für den Fachmann zahlreiche Variationen und alternative Ausführungsformen, z.B. durch Kombination und/oder Austausch von Merkmalen einzelner Ausführungsformen. Dementsprechend versteht es sich für den Fachmann, dass derartige Variationen und alternative Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung mit umfasst sind, und die Reichweite der Erfindung nur im Sinne der beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalente beschränkt ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008009600 A1 [0004]
