DE102016215543A1

DE102016215543A1 - Projektionsbelichtungsanlage mit einer Messvorrichtung zur Überwachung einer lateralen Abbildungsstabilität

Info

Publication number: DE102016215543A1
Application number: DE102016215543.1A
Authority: DE
Inventors: Rolf Freimann; Bernhard Geuppert; Ronald Faassen
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2016-08-18
Filing date: 2016-08-18
Publication date: 2018-02-22
Also published as: WO2018033236A1

Abstract

Eine Projektionsbelichtungsanlage (10) für die Mikrolithographie umfasst ein Projektionsobjektiv (30) zum Abbilden von Maskenstrukturen auf ein Substrat (24) mittels einer Belichtungsstrahlung (34, 34-2). Das Projektionsobjektiv umfasst optische Elemente (M1, M2) zum Führen der Belichtungsstrahlung, einen Stabilisierungsrahmen (32, 102) welcher im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage dazu dient, eine Anordnung der optischen Elemente zueinander zu stabilisieren, sowie eine Messvorrichtung (46) zur Überwachung einer lateralen Abbildungsstabilität des Projektionsobjektivs, welche dazu konfiguriert ist, während des Betriebs der Projektionsbelichtungsanlage zumindest einen, eine Deformation des Stabilisierungsrahmens charakterisierenden, Deformationsparameter (50, 54) zu bestimmen.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithograhie, ein Verfahren zur Überwachung einer lateralen Abbildungsstabilität eines Projektionsobjektivs einer derartigen Projektionsbelichtungsanlage sowie eine interferometrische Abstandsmessvorrichtung.
Projektionsbelichtungsanlagen für die Mikrolithographie umfassen üblicherweise eine Maskenverschiebebühne zum Halten einer Maske bzw. eines sogenannten „Retikels“ mit darauf angeordneten Maskenstrukturen, eine Waferverschiebebühne zum Halten eines Substrats in Gestalt eines Wafers sowie eine Projektionsoptik zum Abbilden der Maskenstrukturen auf das Substrat.
Bei herkömmlichen Projektionsbelichtungsanlagen leidet die Qualität des Bildes der Maskenstrukturen oftmals unter lateraler Verschiebung der Bildlage. Die Ursache dafür kann einerseits in über einen Zeitraum von mehreren Bildbelichtungen auftretenden Driftvorgängen und andererseits auch in Schwingungsanregungen liegen. Schwingt die Bildlage während der Belichtung eines Feldes auf dem Wafer, so kann dies zu einer Verschiebungdes latenten Bildes im Photolack führen. Dies kann sich auch auf Überlagerungsfehler bzw. sogenannte „Overlay“-Fehler in den gedruckten Strukturen auswirken. Ein derartiges Driften der Bildlage geht z.B. bei EUV-Projektions-belichtungsanlagen oftmals auf eine Veränderung einer Spiegelposition und/oder Spiegelkippstellung im Projektionsobjektiv zurück.
Bei konventionellen Verfahren zur Stabilisierung der Abbildungsstabilität von Projektionsbelichtungsanlagen wird die Feldlage im Verlauf der Belichtung eines Wafers mehrfach mit geeigneten Justage- bzw. sogenannten „Alignment“-Sensoren kontrolliert und entsprechende Korrekturmaßnahmen eingeleitet. Dazu wird der eigentliche Belichtungsvorgang des Photolacks unterbrochen. Dies führt einerseits zu verringerten Waferdurchsatzzahlen, andererseits können damit Bildlagenfehler, welche während eines Belichtungsvorganges, d.h. während der Belichtung eines Wafers, beispielsweise aufgrund von Schwingungen auftreten, nicht unterbunden werden.
Dieser Problematik wird oftmals durch eine stabilere Auslegung eines Trägerrahmens, an dem die Belichtungsstrahlung im Projektionsobjektiv führende optische Elemente befestigt sind, oder durch Vorsehen eines steifen Referenzrahmens, bezüglich dem die optischen Elemente aktiv stabilisiert werden, begegnet. Dies führt jedoch zu erhöhten Materialkosten sowie stark erhöhtem Gewicht des Projektionsobjektivs. Bei einer im Stand der Technik, z.B. aus DE10 2008 004 762 A1 , bekannten Herangehensweise wird ein zusätzlicher Messtrahlengang im Bereich bzw. in räumlicher Nähe zum Belichtungsstrahlengang des Projektionsobjektivs vorgesehen, mit dem während des Belichtungsvorganges die laterale Abbildungsstabilität überwacht wird. Dieser Ansatz erfordert jedoch Bauraum im Strahlengang des Projektionsobjektivs zur Anordnung von den Messstrahlengang definierenden Elementen, was zu Einschränkungen in den Freiheitsgraden beim optischen Design des Projektionsobjektivs führen kann.
Zugrunde liegende Aufgabe
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Projektionsbelichtungsanlage mit einer verbesserten lateralen Abbildungsstabilität sowie ein Verfahren zur Überwachung einer lateralen Abbildungsstabilität eines Projektionsobjektivs bereitzustellen, womit die vorgenannten Probleme gelöst werden, und insbesondere zur Verbesserung der lateralen Abbildungsstabilität kein Messstrahlengang in räumlicher Nähe zu einem Belichtungsstrahlengang benötigt wird sowie keine wesentlichen Einschränkungen beim Waferdurchsatz in Kauf genommen werden müssen. Insbesondere soll auch eine Verbesserung der lateralen Abbildungsstabilität während eines Belichtungsvorganges erfolgen.
Erfindungsgemäße Lösung
Die vorgenannte Aufgabe kann erfindungsgemäß beispielsweise gelöst werden mit einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie, welche ein Projektionsobjektiv zum Abbilden von Maskenstrukturen auf ein Substrat mittels einer Belichtungsstrahlung aufweist. Das Projektionsobjektiv umfasst optische Elemente zum Führen der Belichtungsstrahlung, einen Stabilisierungsrahmen, welcher im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage dazu dient, eine Anordnung der optischen Elemente zueinander zu stabilisieren, sowie eine Messvorrichtung zur Überwachung einer lateralen Abbildungsstabilität des Projektionsobjektivs. Die Messvorrichtung ist dazu konfiguriert, während des Betriebs der Projektionsbelichtungsanlage zumindest einen, eine Deformation des Stabilisierungsrahmens charakterisierenden, Deformationsparameter zu bestimmen.
Die laterale Abbildungsstabilität des Projektionsobjektivs gibt in diesem Zusammenhang an, in welchem Maße die laterale Lage des Bildes von mittels der Projektionsoptik in die Substratebene abgebildeten Maskenstrukturen im Belichtungsbetrieb der Projektionsbelichtungsanlage über die Zeit stabil bleibt. Unter der lateralen Lage des Bildes wird dessen Lage in der Substratebene verstanden. Der genannten Stabilisierungsrahmen kann von einem Trägerrahmen, an dem die optischen Elemente befestigt sind, oder von einem Sensorrahmen gebildet werden. Ein derartiger Sensorrahmen ist mittels eines oder mehrerer Schwingungsdämpfern an dem Trägerrahmen gelagert und umfasst Sensoren, welche dazu konfiguriert sind, im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage die jeweilige Lage der optischen Elemente in Bezug auf den Sensorrahmen zu messen und die Aktuatoren zur Korrektur gemessener Lageveränderungen anzusteuern. Der Deformationsparameter kann beispielsweise einen Abstand zwischen zwei Referenzpunkten des Stabilisierungsrahmens oder auch eine Deformationsform des Stabilisierungsrahmens angeben.
Insbesondere wird der Deformationsparameter mehrfach während des Betriebs der Projektionsbelichtungsanlage bestimmt. Gemäß einer Ausführungsvariante erfolgt die Bestimmung des Deformationsparameters in Echtzeit bzw. mit einer Wiederholungsrate, welche im Bereich einer Samplingrate zur Steuerung des Projektionsobjektivs liegt. Die erfindungsgemäße Bestimmung des Deformationsparameters ermöglicht es, bei einer Abweichung dessen von einem Sollwert bzw. einem zuvor bestimmten Wert des Deformationsparameters eine Korrektur eines durch die Veränderung des Deformationsparameters resultierenden lateralen Abbildungsfehlers zu bewirken. Damit kann die laterale Abbildungsstabilität des Projektionsobjektivs ohne einen in räumlicher Nähe zum Belichtungsstrahlengang angeordneten Messstrahlengang während eines Belichtungsvorganges und damit ohne Einschränkungen beim Waferdurchsatz verbessert werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Projektionsbelichtungsanlage eine EUV-Projektionsbelichtungsanlage, d.h. die Betriebswellenlänge der Projektionsbelichtungsanlage liegt im Wellenlängenbereich extrem ultravioletter Strahlung.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Projektionsbelichtungsanlage weiterhin eine Korrekturvorrichtung, welche dazu konfiguriert ist, bei Veränderung des Deformationsparameters mindestens ein Korrektursignal zur Korrektur eines aus der Veränderung des Deformationsparameters resultierenden lateralen Abbildungsfehlers des Projektionsobjektivs durch Manipulation mindestens eines im Strahlengang der Belichtungsstrahlung angeordneten Elements zu erzeugen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Korrekturvorrichtung dazu konfiguriert, bei Veränderung des Deformationsparameters eine daraus resultierende Veränderung der Lage mindestens eines der optischen Elemente zu bestimmen und eine Korrektur der Lage zu bewirken. Unter einer Lage eines optischen Elements ist dessen Position in mindestens einer von drei orthogonalen Raumrichtungen und/oder dessen Orientierung bzgl. mindestens einer von drei orthogonalen Kippachsen, d.h. dessen Positionierung bzgl. mindestens eines der sechs Starrkörperfreiheitsgrade, insbesondere bezüglich aller sechs Starrkörperfreiheitsgrade, zu verstehen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Korrekturvorrichtung dazu konfiguriert, bei Veränderung des Deformationsparameters einen daraus resultierenden lateralen Abbildungsfehler des Projektionsobjektivs zu bestimmen und den lateralen Abbildungsfehler durch Lageveränderung eines im Strahlengang der Belichtungsstrahlung angeordneten Elements zu korrigieren.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Messvorrichtung eine Abstandsmesseinrichtung, welche zur Vermessung des mindestens einen Deformationsparameters in Gestalt eines Abstands zwischen zwei Referenzpunkten des Stabilisierungsrahmens konfiguriert ist. Insbesondere umfasst die Messvorrichtung mindestens zwei oder mehrere Abstandsmesseinrichtungen, von denen jede zur Vermessung eines Abstands zwischen jeweiligen Referenzpunkten des Stabilisierungsrahmens konfiguriert ist. So können die Abstände mehrerer Referenzpunkte zueinander vermessen werden, wodurch sich die zugrunde liegende Deformation des Rahmens detailliert bestimmen lässt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Abstandsmesseinrichtung mindestens ein Interferometer. Insbesondere ist das Interferometer zur Erzeugung eines Mehrstreifeninterferenzmusters konfiguriert. Bei einem derartigen Interferometer wird eine Messstrahlung in einen Prüfstrahl und einen Referenzstrahl zueinander derart verkippt aufgespalten, dass durch deren Überlagerung in einer Detektionsebene des Interferometers ein Mehrstreifeninterferenzmuster erzeugt wird. Unter einem Mehrstreifeninterferenzmuster, ist in diesem Text ein Interferenzmuster zu verstehen, welches mindestens eine volle Periode von sich abwechselnden Streifen konstruktiver und destruktiver Interferenz umfasst. Unter einer vollen Periode ist zu verstehen, dass die Phasendifferenz zwischen den interferierenden Wellen entlang des Mehrstreifeninterferenzmusters alle Werte zwischen 0 und 2π einnimmt. Mit anderen Worten ist unter einem Mehrstreifeninterferenzmuster ein Interferenzmuster mit mindestens zwei Streifen zu verstehen, wobei die Streifen helle Steifen (konstruktive Interferenz) oder dunkle Streifen (destruktive Interferenz) sein können. Insbesondere kann ein Mehrstreifeninterferenzmuster mindestens zwei, mindestens fünf, mindestens zehn, mindestens fünfzig oder mindestens hundert volle Perioden von sich abwechselnden Steifen konstruktiver und destruktiver Interferenz umfassen. Ein derartiges Interferenzmuster wird oft auch als Vielstreifeninterferenzmuster bezeichnet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Abstandsmesseinrichtung eine interferometrische Abstandsmessvorrichtung zur Messung eines optischen Weglängenunterschieds zwischen einem Referenzstrahlengang und einem Messstrahlengang in einem Volumen von mit Schlieren behafteten Gasen, wobei ein Durchmesser des Messstrahlengangs mindestens 0,1 cm, insbesondere mindestens 0,5 cm, beträgt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die interferometrische Abstandsmessvorrichtung einen Retroreflektor zur Rückreflektion einer den Messstrahlengang durchlaufenden Messstrahlung, wobei die Normale auf den Retroreflektor gegenüber der Ausbreitungsrichtung der Messstrahlung um mindestens 0,1 mrad verkippt ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Projektionsobjektiv einen Trägerrahmen, an dem die optischen Elemente befestigt sind, wobei der Stabilisierungsrahmen den Trägerrahmen umfasst. Insbesondere ist der Stabilisierungsrahmen der Trägerrahmen. Die Befestigung am Trägerrahmen kann starr oder auch aktuierbar, d.h. mittels Aktuatoren, mit denen die optischen Elemente in Ihrer Stellung veränderbar sind, erfolgen. Gemäß einer Ausführungsvariante wird in der Messvorrichtung aus dem bzw. den gemessenen Abständen zwischen den zwei Referenzpunkten des Stabilisierungsrahmens, insbesondere des Trägerrahmens, auf Grundlage einer Finite-Elemente-Modellierung (in diesem Text auch „FE-Modellierung“ bezeichnet) des Stabilisierungsrahmens die daraus resultierende Verformung des Stabilisierungsrahmens berechnet. Dabei kann sich die Messvorrichtung einer mittels des FE-Modells ermittelten Transformationsmatrix bedienen. Aus der Berechnung der Verformung des Stabilisierungsrahmens lässt sich auf eine daraus resultierende Veränderung der Anordnung der optischen Elemente schließen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Projektionsobjektiv einen Trägerrahmen, an dem die optischen Elemente mittels Aktuatoren befestigt sind, einen Sensorrahmen, welcher mittels eines Schwingungsdämpfers an dem Trägerrahmen gelagert ist, sowie Lagesensoren, welche dazu konfiguriert sind, im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage die jeweilige Lage der optischen Elemente in Bezug auf den Sensorrahmen zu messen und die Aktuatoren zur Korrektur gemessener Lageveränderungen anzusteuern. Gemäß dieser Ausführungsform umfasst der Stabilisierungsrahmen den Sensorrahmen, insbesondere ist der Stabilisierungsrahmen der Sensorrahmen. Schwingungsdämpfer, auch Isolatoren oder Stoßdämpfer bezeichnet, können Verformungselemente, wie z.B. Federn, oder auch Pendelsysteme etc. umfassen.
Gemäß einer Ausführungsvariante umfasst die Messvorrichtung einen Aktivitätssensor zur Messung eines Aktivitätsparameters des Schwingungsdämpfers sowie eine Auswerteeinrichtung zur Bestimmung des Deformationsparameters aus dem Aktivitätsparameter. Aus dem gemessenen Aktivitätsparameter kann eine Deformationsform des Sensorrahmens als Deformationsparameter ermittelt werden. Insbesondere wird aus dem gemessenen Aktivitätsparameter zunächst eine Beschleunigung des Sensorrahmens berechnet und daraus die resultierende Deformationsform berechnet. Dies kann mittels eines Finite-Elemente-Modells erfolgen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der Aktivitätssensor einen Abstandssensor zur Messung einer mechanischen Verformung des Schwingungsdämpfers. Insbesondere misst der Abstandssensor eine Dehnung bzw. Kompression des Schwingungsdämpfers während des Betriebs der Projektionsbelichtungsanlage. Dabei kann der Schwingungsdämpfer als Feder ausgebildet sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Messvorrichtung einen Beschleunigungssensor zur Messung einer Beschleunigung des Sensorrahmens. Mittels der während des Betriebs der Projektionsbelichtungsanlage gemessenen Beschleunigung kann eine Deformationsform des Sensorrahmes als Deformationsparameter ermittelt werden. Insbesondere wird aus der gemessenen Beschleunigung des Sensorrahmens die resultierende Deformationsform berechnet. Dies kann mittels eines Finite-Elemente-Modells erfolgen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Messvorrichtung dazu konfiguriert, den zumindest einen Deformationsparameter für eine durch Schwingungen im Bereich zwischen 0,1 Hz und 10 Hz erzeugte Deformation des Stabilisierungsrahmens zu bestimmen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Messvorrichtung eine Messrate von mehr als zehn Messungen, insbesondere mehr als zwanzig Messungen, pro Maskenbelichtung auf. Insbesondere ist der für die Messung des Deformationsparameters und Bestimmung der daraus resultierenden Deformation des Stabilisierungsrahmens benötigte Zeitraum kleiner als 10 ms, insbesondere kleiner als 5 ms.
Weiterhin wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Überwachung einer lateralen Abbildungsstabilität eines Projektionsobjektivs einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie während des Betriebs der Projektionsbelichtungsanlage bereitgestellt. Bei dem Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage werden Maskenstrukturen mittels einer Belichtungsstrahlung, welche von in dem Projektionsobjektiv angeordneten und zueinander mittels eines Stabilisierungsrahmens stabilisierten optischen Elementen geführt wird, auf ein Substrat abgebildet. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zumindest ein, eine Deformation des Stabilisierungsrahmens charakterisierender, Deformationsparameter bestimmt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine interferometrische Abstandsmessvorrichtung zur Messung eines optischen Weglängenunterschieds zwischen einem Refererenzstrahlengang und einem Messstrahlengang in einem Volumen von mit Schlieren behafteten Gasen bereitgestellt. Der Durchmesser des Messstrahlengangs beträgt zumindest abschnittsweise mindestens 0,1 cm, insbesondere mindestens 0,5 cm. Diese interferometrische Abstandsmessvorrichtung kann insbesondere Teil der Messvorrichtung der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Projektionsbelichtungsanlage sein.
Insbesondere beträgt der Durchmesser des Messstrahlengangs in allen Abschnitten, in denen der Messstrahlengang nicht mit dem Referenzstrahlengang überlagert ist, insbesondere mit diesem nicht im Wesentlichen übereinstimmt, mindestens 0,1 cm, insbesondere mindestens 0,5 cm. Zumindest der Messstrahlengang verläuft zumindest teilweile in den mit Schlieren behafteten Gasen. Die Schlieren können z.B. aufgrund von in EUV-Projektionsbelichtungsanlagen häufig enthaltenem Wasserstoffgas mit niedrigem Druck auftreten. Durch die Konfigurierung des Messstrahlengangs mit dem genannten Durchmesser lassen sich durch die Schlieren hervorgerufene Verzerrungen im Interferogramm durch entsprechende Auswertung des Interferogramms, insbesondere mittels eines Korrelationsfilters, korrigieren. Der Durchmesser des Messstrahlengangs ist bei dieser Dimensionierung ausreichend groß gewählt, dass im Interferogramm neben den durch die Schlieren hervorgerufenen verzerrten Streifenbereichen noch für die Auswertung ausreichend Bereiche verbleiben, in denen die Streifen unverzerrt vorliegen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die interferometrische Abstandsmessvorrichtung einen Retroreflektor zur in sich Zurückreflexion einer den Messstrahlengang durchlaufenden Messstrahlung, wobei die Normale auf den Retroreflektor gegenüber der Ausbreitungsrichtung der Messstrahlung um mindestens 0,1 mrad, insbesondere um mindestens 0,5 mrad oder um mindestens 1 mrad, verkippt ist.
Die bezüglich der vorstehend aufgeführten Ausführungsformen, Ausführungsbeispiele bzw. Ausführungsvarianten, etc. der erfindungsgemäßen Projektionsbelichtungsanlage angegebenen Merkmale können entsprechend auf das erfindungsgemäße Verfahren übertragen werden. Diese und andere Merkmale der erfindungsgemäßen Ausführungsformen werden in der Figurenbeschreibung und den Ansprüchen 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.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die vorstehenden, sowie weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung werden in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung beispielhafter erfindungsgemäßer Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Zeichnungen veranschaulicht. Es zeigt:
1 eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit einem Trägerrahmen sowie einer Abstandsmesseinrichtung zum Bestimmen eines Abstandswerts zwischen zwei Referenzpunkten des Trägerrahmens,
2 eine beispielhafte Ausführungsform der Abstandsmesseinrichtung gemäß 1 in Gestalt eines Mehrstreifen-Interferometers mit einem verschiebbaren Reflektor,
3 einen anstelle des Reflektors gemäß 2 im Mehrstreifen-Interferometer einsetzbaren Retroreflektor sowie ein resultierendes Mehrstreifeninterferogramm,
4 eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit zwei Abstandsmesseinrichtungen mit einer Funktion gemäß 1,
5 eine Schnittansicht eines Projektionsobjektivs einer weiteren Ausführungsform einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie zur Kombination mit Abstandsmesseinrichtungen mit einer Funktion gemäß 1,
6 eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit einem in undeformiertem Zustand vorliegenden Sensorrahmen sowie einer Messvorrichtung zur Bestimmung einer Deformationsform des Sensorrahmens, sowie
7 eine Schnittansicht der Projektionsbelichtungsanlage gemäß 6, bei welcher der Sensorrahmen in einem deformierten Zustand vorliegt.
Detaillierte Beschreibung erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele
In den nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen bzw. Ausführungsformen oder Ausführungsvarianten sind funktionell oder strukturell einander ähnliche Elemente soweit wie möglich mit den gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen. Daher sollte zum Verständnis der Merkmale der einzelnen Elemente eines bestimmten Ausführungsbeispiels auf die Beschreibung anderer Ausführungsbeispiele oder die allgemeine Beschreibung der Erfindung Bezug genommen werden.
Zur Erleichterung der Beschreibung 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 x-Richtung senkrecht zur Zeichenebene in diese hinein, die z-Richtung nach rechts und die y-Richtung nach oben.
1 veranschaulicht eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform einer Projektionsbelichtungsanlage 10 für die Mikrolithographie. Die Projektionsbelichtungsanlage 10 umfasst ein Rahmengestell 12 mit einem Grundrahmen 31 sowie einem Trägerrahmen 32. Am Grundrahmen 31 sind eine Maskenverschiebebühne 14, der Trägerrahmen 32 sowie eine Waferverschiebebühne 22 befestigt. Am Trägerrahmen 32 sind optische Elemente eines Projektionsobjektivs 30 der Projektionsbelichtungsanlage 10 befestigt. In dem Projektionsobjektiv 30 gemäß 1 sind zu Veranschaulichungszwecken zwei derartige optische Elemente M1 und M2 in Gestalt von Spiegeln dargestellt, in anderen Ausführungsformen können auch mehr als zwei optische Elemente vorgesehen sein. Der Trägerrahmen 32 dient damit der Stabilisierung der Anordnung der optischen Elemente M1 und M2 und wird daher auch als Stabilisierungsrahmen bezeichnet. In der in 1 dargestellten Ausführungsform umfasst der Trägerrahmen 32 zwei vertikal angeordnete Seitenelemente 32a und 32c sowie zwei horizontal angeordnete Querelemente 32b und 32d, wobei die Verbindungspunkte der Elemente als Referenzpunkte A, B, C und D dienen.
Das Projektionsobjektiv 30 dient der Abbildung von auf einer Maske 16 angeordneten Maskenstrukturen auf ein Substrat in Gestalt eines Wafers 24. Dazu wird eine Belichtungsstrahlung 34 von einer nicht zeichnerisch dargestellten Beleuchtungseinrichtung auf die Maske 16 eingestrahlt, durchläuft nach Wechselwirkung mit der Maske 16 das Projektionsobjektiv 30 durch Reflexion an den optischen Elementen M1 und M2 und trifft schließlich den Wafer 24 auf. Die Wellenlänge der Belichtungsstrahlung 32 liegt im vorliegenden Fall im extrem ultravioletten Wellenlängenbereich (EUV), z.B. bei etwa 13,5 nm oder 6,8 nm, kann aber in anderen Ausführungsformen der Projektionsbelichtungsanlage 10 auch im UV-Wellenlängenbereich, z.B. bei 248 nm oder 193 nm liegen. Die optischen Elemente M1 und M2 sind im gezeigten Fall als Spiegel konfiguriert. Je nach Wellenlänge der Belichtungsstrahlung 34 können die optischen Elemente des Projektionsobjektivs 30 als Linsen und/oder als Spiegel ausgeführt sein.
Die Maske 16 sowie der Wafer 24 sind jeweils auf einem Verschiebeschlitten 18 bzw. 26 gegenüber der jeweiligen Basis 20 bzw. 28 der Maskenverschiebebühne 14 bzw. der Waferverschiebebühne 22 quer zur Strahlrichtung der Belichtungsstrahlung 34 verschiebbar angeordnet. Während des Belichtungsvorgangs werden Maske 16 und Wafer 24 gegensätzlich zueinander verschoben, wodurch eine Scanbewegung ausgeführt wird.
Die sich bei der Scanbewegung hin- und herbewegenden Massen der Maskenverschiebebühne 14 bzw. der Waferverschiebebühne 22 sind oft nicht vollständig ausbalanciert und können daher Schwingungsanregungen auf das Rahmengestell 12 ausüben. Signifikante Anteile dieser Schwindungsanregungen werden nachstehend als Schwingungsanregung 40 bezeichnet. Weiterhin können signifikante Anteile von Bodenschwingungen eine derartige Schwingungsanregung 40 bewirken. Die Schwingungsanregung 40 liegt typischerweise im Bereich zwischen 0,1 Hz und 10 Hz, insbesondere zwischen 0,1 Hz und 3 Hz, und kann zu einer Deformation des Trägerrahmens 32 führen, welche mit der Frequenz der Schwingungsanregung 40 auftritt. Dabei wechselt der Trägerrahmen 32 mit der Frequenz der Schwingungsanregung 40 zwischen einer undeformierten Form und einer deformierten Form hin und her.
Eine derartige deformierte Form kann beispielsweise dadurch gekennzeichnet sein, dass das obere Querelement 32b des Trägerrahmens 32 am Referenzpunkt C nach oben gebogen (siehe C‘) und dabei das angrenzende Seitenelement 32c gleichzeitig leicht nach links verbogen wird. Aufgrund der Befestigung des optischen Elements M1 im oberen Abschnitt des Seitenelements 32c führt diese Deformationsform zu einer Verkippung 44 des optischen Elements M1, was dazu führt, dass der Strahlengang der Belichtungsstrahlung 34 am optischen Element M1 verkippt wird, wodurch die Abbildung der Maskenstruktruren eine Verschiebung in der Ebene des Wafers 24, d.h. eine laterale Verschiebung in Bezug auf die Waferoberfläche erfährt. Mit anderen Worten entsteht ein sogenannter Sichtlininen-Fehler bzw. ein lateraler Abbildungsfehler 35, damit wird die laterale Abbildungsstabilität des Projektionsobjektivs 30 beeinträchtigt.
Die Projektionsbelichtungsanlage gemäß 1 ist dazu konfiguriert, eine Echtzeitkorrektur des aufgrund der Schwingungsanregung 40 periodisch auftretenden lateralen Abbildungsfehlers zu korrigieren und damit die laterale Abbildungsstabilität stark zu verbessern. Dazu umfasst die Projektionsbelichtungsanlage 10 eine Messvorrichtung 46 zur Überwachung der lateralen Abbildungsstabilität des Projektionsobjektivs 30. Die Messvorrichtung 46 bestimmt während des Betriebs der Projektionsbelichtungsanlage 10 in kurzen Zeitabständen, zumindest einen die Deformation des Trägerrahmens 32 charakterisierenden Deformationsparameter, in diesem Fall in Gestalt eines Abstandswerts 50 zwischen den Referenzpunkten C und D. Zur Bestimmung des Abstandswerts 50 umfasst die Messvorrichtung 46 eine Abstandsmesseinrichtung 48, z.B. in Gestalt eines Interferometers in einer der in den 2 und 3 veranschaulichten und nachstehend näher beschriebenen Ausführungsformen.
Die Messvorrichtung 46 umfasst weiterhin eine Auswerteeinrichtung 52. Darin wird aus dem von der Abstandsmesseinrichtung 48 bestimmten Abstandswert 50 mittels eines Simulationsmodells, insbesondere auf Grundlage einer Finite-Elemente-Modellierung (FE-Modellierung), des Trägerrahmens 32 eine daraus resultierende Verformung des Trägerrahmens 32 in Gestalt einer Deformationsform 54 bestimmt. Die Auswerteeinrichtung 52 kann sich zur Bestimmung der Verformung des Trägerrahmens 32 z.B. einer mittels eines FE-Modells des Trägerrahmens 32 ermittelten Transformationsmatrix bedienen. Auch die Deformationsform 54 kann als ein von der Messvorrichtung 46 bestimmter Deformationsparameter angesehen werden. Gemäß weiterer Ausführungsvarianten können in die Simulationsrechnung neben dem Abstandswert 50 zwischen den Referenzpunkten C und D auch weitere Abstandswerte zwischen anderen Referenzpunkten, wie z.B. der Abstandswert zwischen den Referenzpunkten A und B oder zwischen den Referenzpunkten B und C eingehen.
Die von der Auswerteeinrichtung 52 bestimmte Deformationsform 54 wird an eine Korrekturvorrichtung 56 übergeben. Die Korrekturvorrichtung 56 generiert hieraus Korrektursignale 58. Dabei kann es sich um ein Korrektursignal 58-2 zur Ansteuerung eines Aktuators 36 eines oder mehrerer optischer Elemente, im in 1 dargestellten Fall des ersten optischen Elements M1, um ein Korrektursignal 58-1 zur Ansteuerung der Maskenverschiebebühne 14 und/oder ein Korrektursignal 58-3 zur Ansteuerung der Waferverschiebebühne 22 handeln. Zur Erzeugung des Korrektursignals 58-2 an den Aktuator 36 berechnet die Steuerungsvorrichtung 56 aus der übermittelten Deformationsform 54 eine daraus resultierende Veränderung der Lage eines oder mehrerer optischer Elemente. Im in 1 dargestellten Fall ist, wie bereits vorstehend erwähnt, die Deformationsform 54 des Trägerrahmens 32 dadurch gekennzeichnet, dass obere Querelement 32b am Referenzpunkt C nach oben gebogen und das angrenzende Seitenelement 32c leicht nach links verbogen ist. Daraus berechnet die Korrekturvorrichtung 56 die daraus resultierende Verkippung 44 des optischen Elements M1 und gibt als Korrektursignal 58-2 eine Anweisung an den Aktuator 36, eine entsprechende Korrektur dieser Verkippung auszuführen. Dies erfolgt durch Ausführung einer der Verkippung 44 entgegengesetzten Korrekturbewegung 60 des Aktuators 36 um eine geeignete Kippachse 38. Mit anderen Worten dient das Korrektursignal 58-2 dazu, eine durch die Rahmendeformation hervorgerufene Lageveränderung eines oder mehrerer optischer Elemente des Projektionsobjektivs 30 unmittelbar zu korrigieren.
Alternativ kann die Steuerungsvorrichtung 56 auch dazu konfiguriert sein, aus der übermittelten Deformationsform 54 durch Berechnung der sich daraus ergebenden Lageveränderungen der optischen Elemente M1 und/oder M2 und der daraus resultierenden Veränderung des Strahlengangs der Belichtungsstrahlung 34 im Projektionsobjektiv 30 den sich ergebenden lateralen Abbildungsfehler 35 zu bestimmen. Weiterhin sendet die Korrekturvorrichtung 56 das Korrektursignal 58-1 und/oder 58-3 an die Maskenverschiebebühne 14 bzw. die Waferverschiebebühne 22 zur Ausführung einer der Korrektur des lateralen Abbildungsfehlers 35 dienenden Korrekturbewegung 62 bzw. 64 in Gestalt einer lateralen Verschiebung der Maske 16 bzw. des Wafers 24. Das Korrektursignal 58-2 kann gemäß einer Ausführungsvariante auch zur nur teilweisen Korrektur der Lageveränderung des optischen Elements M1 und/oder M2 konfiguriert sein und zusätzlich mit den Korrektursignalen 58-1 und/oder 58-3 kombiniert werden.
2 zeigt eine Ausführungsform der Abstandsmesseinrichtung 48 gemäß 1. Diese ist in Gestalt eines Fizeau-Interferometers ausgeführt und umfasst eine zeichnerisch nicht dargestellte Messstrahlungsquelle zur Erzeugung von Messstrahlung 66. Für die Messstrahlung 66 kommen Wellenlängen im sichtbaren oder nahen Infrarotbereich in Frage. So können als Messlichtquellen beispielsweise Helium-Neon-Laser, Laserdioden, Festkörperlaser und LED’s Verwendung finden. Die Messstrahlung 66 wird von einem Strahlteiler 68 auf ein Aufspaltungselement 70 in Gestalt eines Fizeauelements mit einer Fizeaufläche 71 gelenkt.
Ein Teil der eingehenden Messstrahlung 66 wird als Referenzstrahl 74 an der Fizeaufläche 71 des Aufspaltungselements 70 reflektiert. Die das Aufspaltungselement 70 durchlaufende Strahlung der Messstrahlung 66 verläuft entlang einer optischen Achse 69 der Abstandsmesseinrichtung 48 und trifft als Messstrahl 72 auf einen verschiebbaren Reflektor 80 in Gestalt eines Planspiegels. Da der Messstrahl 72 eine ebene Wellenfront aufweist, läuft dieser nach Reflexion am Reflektor 80 in sich selbst zurück und durchläuft daraufhin das Aufspaltungselement 70 sowie den Strahlteiler 68. Der Messstrahl 72 sowie der Referenzstrahl 74 werden daraufhin mittels eines Kameraobjektivs 76 auf einen Detektor 78 zur Erzeugung eines Interferenzmusters fokussiert.
Das Aufspaltungselement 70 ist verkippt angeordnet. Die Verkippung ist derart, dass die Fizeaufläche des Aufspaltungselements 70 bezüglich der optischen Achse 44 um einen Kippwinkel β verkippt ist, welcher derart gewählt ist, dass es sich bei dem auf dem Detektor 78 erzeugten Interferenzmuster um ein Mehrstreifeninterferenzmuster 84, auch Vielstreifeninterferenzmuster bezeichnet, handelt. Allgemein ist unter einem Mehrstreifeninterferenzmuster in diesem Text ein Interferenzmuster zu verstehen, welches mindestens eine volle Periode von sich abwechselnden Streifen konstruktiver und destruktiver Interferenz umfasst. Unter einer vollen Periode ist zu verstehen, dass die Phasendifferenz zwischen den interferierenden Wellen entlang des Mehrstreifeninterferenzmusters alle Werte zwischen 0 und 2π einnimmt. Mit anderen Worten ist unter einem Mehrstreifeninterferenzmuster ein Interferenzmuster mit mindestens zwei Streifen zu verstehen, wobei die Streifen helle Steifen (konstruktive Interferenz) oder dunkle Streifen (destruktive Interferenz) sein können. Gemäß vorteilhafter Ausfühurngsformen können im auf dem Detektor 78 erzeugten Mehrstreifeninterferenzmuster 84 jeweils mindestens fünf, insbesondere jeweils mehr als 30, helle und dunkle Streifen enthalten sein. Gemäß einer Ausführungsform gilt für den Kippwinkel β: β > 100·λ/D_R.
Dabei ist λ die Wellenlänge der Messstrahlung 66 und D_R der Strahldurchmesser des Referenzstrahls 74 am Ort des Aufspaltungselements 70. Gemäß einem Zahlenbeispiel ist λ = 633 nm, D_R = 5 mm und damit β > 13 mrad.
Der Weglängenunterschied zwischen dem Strahlengang des Referenzstrahls 74, der sich von der Fizeaufläche 71 bis zum Detektor 78 erstreckt, und dem Strahlengang des Messstrahls 72 welcher sich von der Fizeaufläche 71 zum Reflektor 80 und von dort zurücklaufend bis zum Detektor 78 erstreckt, entspricht der doppelten Länge einer Messstrecke 75 zwischen der Fizeaufläche 71 und dem Reflektor 80.
Durch Auswertung des Interferenzmusters 84 kann die Länge der Messstrecke 75, und insbesondere eine Veränderung der Messstrecke 75, mit hoher Genauigkeit bestimmt werden. Bei der so bestimmten Länge handelt es sich um den vorstehend unter Bezugnahme auf 1 erwähnten Abstandswert 50, etwa zwischen den Referenzpunkten C und D.
Die in 2 dargestellte Abstandsmesseinrichtung 48 ist zum Betrieb in mit Schlieren 82 behafteten Gasen, wie sie etwa aufgrund von in EUV-Projektionsbelichtungsanlagen häufig enthaltenem Wasserstoffgas mit niedrigem Druck auftreten, konfiguriert. Derartige Schlieren rufen lokale Störungen 85 im Mehrstreifeninterferenzmuster 84 in Gestalt von Streifenverzerrungen hervor. Gemäß der in 2 gezeigten erfindungsgemäßen Ausführungsform weist der Durchmesser D des Strahlengangs des Messstrahls 72, also des Messstrahlengangs, zumindest im Bereich der Messstrecke 75, in dem der Messstrahlengang nicht mit dem Strahlengang des Referenzstrahls 74 überlagert ist, einen Wert von mindestens 0,1 cm, insbesondere mindestens 0,5 cm, auf. Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante beträgt Durchmesser der Strahlengang des Messstrahls 72 über seine gesamte Länge mindestens 0,1 cm, insbesondere mindestens 0,5 cm.
Dieser Wert des Durchmessers ist ausreichend groß gewählt, dass im Mehrstreifeninterferenzmuster 84 neben den durch die Schlieren hervorgerufenen verzerrten Streifenbereichen in Gestalt der lokalen Störungen 85 noch für die Auswertung ausreichend Bereiche verbleiben, in denen die Streifen unverzerrt sind. Dazu wird das Mehrstreifenintererenzmusters 84 mit den lokalen Störungen 85 mittels eines Korrelationsfilters korrigiert und das korrigierte Mehrstreifeninterferenzmuster 86 zu Bestimmung der Länge der Messstrecke 75 ausgewertet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Abstandsmesseinrichtung 48 gemäß 2 kann anstatt des als Planspiegels ausgeführten Reflektors 80 ein in 3 dargestellter Retroreflektor 88 zur in sich Zurückreflexion des Messstrahls 72 verwendet werden. Der Retroreflektor 88 kann aus einem Planspiegel 90 sowie einem darauf aufgebrachten Littrowgitter 92 aufgebaut sein. Der Retroreflektor 88 ist derart verkippt angeordnet, dass die Normale auf dem Planspiegel 90 des Retroreflektors gegenüber der Richtung des Messstrahls 72 um mindestens 0,1 mrad verschwenkt ist. In dieser Konfiguration führt nicht nur, wie in der Ausführungsform gemäß 2, eine Verschiebung des Reflektors 80 bzw. 88 parallel zum Messstrahl 71, sondern auch eine Verschiebung des Reflektors 88 quer zum Messstrahl 71 zu einer Phasenverschiebung zwischen Messstrahl 72 und Referenzstrahl 74. Damit lassen sich in dieser Ausführungsform Positionsveränderungen zwischen den Referenzpunkten C und D des Trägerrahmens 32 in mindestens zwei zueinander orthogonalen Dimensionsrichtungen bestimmen.
4 zeigt eine Projektionsbelichtungsanlage 10 in einer Ausführungsform, wie sie in ihrem grundsätzlichen Aufbau bereits aus 1 von US 7,423,724 B2 sowie der zugehörigen Beschreibung, welche per Bezugnahme in die Offenbarung des vorliegenden Textes aufgenommen wird, bekannt ist. Eine der Beleuchtung der Maske 16 dienende eingehende Belichtungsstrahlung 34-1 wird nach Reflexion an der Maske 16 als Belichtungsstrahlung 34-2 über die optischen Elemente M1 bis M6 eines Projektionsobjektivs 30 in Gestalt von Spiegeln auf einen Wafer 24 gelenkt. Analog zur Ausführungsform gemäß 1 wird die Maske 16 von einer Maskenverschiebebühne 14 und der Wafer 24 von einer Waferverschiebebühne 22 gehalten. Im Vergleich zur Ausführungsform gemäß 1 umfasst das Projektionsobjektiv 30 gemäß 4 nicht nur einen, sondern zwei Trägerrahmen, nämlich einen ersten Trägerrahmen 32-1, an dem die optischen Elemente M1 bis M4 befestigt sind, sowie einen zweiten Trägerrahmen 32-2, an dem die optischen Elemente M5 und M6 befestigt sind.
Abhängig vom Design eines Projektionsobjektivs kann die laterale Bildlage besonders empfindlich auf die Verlagerung bestimmter Spiegel reagieren. Dies können z.B. Spiegel sein, welche im hinteren Teil des Belichtungsstrahlengangs im Projektionsobjektiv angeordnet sind. In der Ausführungsform gemäß 4 wird die Stabilität der Spiegel M5 und M6 als besonders kritisch in Bezug auf laterale Bildlagefehler angesehen. Daher wird hier der die beiden Spiegel M5 und M6 haltende zweite Trägerrahmen 32-2 hinsichtlich möglicher Deformationen während eines Belichtungsvorgangs überwacht. Dazu sind Abstandsmesseinrichtungen 48-1 und 48-2 der vorstehend beschriebenen Art zur Messung von Abstandswerten in vertikaler Richtung, welche in diesem Fall parallel zur optischen Achse des Projektionsobjektivs 30 angeordnet ist, vorgesehen. Eine erste Abstandsmesseinrichtung 48-1 dient der Messung eines Abstandswertes zwischen auf der linken Seite des zweiten Trägerrahmens 32-2 angeordneten Referenzpunkten A und B. Die zweite Abstandsmesseinrichtung 48-2 hingegen dient der Messung eines Abstandswertes zwischen auf der rechten Seite des zweiten Trägerrahmens 32-2 angeordneten Referenzpunkten C und D. Die Auswertung der Abstandsmesswerte und Verwendung zur Stabilisierung des lateralen Abbildungsverhaltens erfolgt analog zur in Zusammenhang mit 1 beschriebenen Funktionsweise.
5 zeigt den bereits aus 2 von US 8,027,022 B2 sowie der zugehörigen Beschreibung, welche per Bezugnahme in die Offenbarung des vorliegenden Textes aufgenommen wird, bekannten Strahlengang eines Projektionsobjektivs 30 einer weiteren Ausführungsform einer Projektionsbelichtungsanlage. In diesem wird die von einem Beleuchtungsmodul auf eine Maske 16 eingestrahlte Belichtungsstrahlung 34-1 nach Reflexion an der Maske als Belichtungsstrahlung 34-2 zunächst an einem im streifenden Einfall betriebenen sogenannten G-Spiegel 90 (hierfür kann auch der Begriff „Grazing-Incidence-Spiegel“ verwendet werden) reflektiert. Daran schließen sich im Strahlengang des Projektionsobjektivs 30 die weiteren optischen Elemente M1 bis M6, welche unter herkömmlichen Einfallswinkeln betriebene Spiegel sind. Erfindungsgemäß wird eine oder mehrere Abstandsmesseinrichtungen zur Messung von Abstandswerten zwischen Referenzpunkten eines Trägerrahmens des Projektionsobjektivs 30 angeordnet, an welchen der G-Spiegel 90 sowie die optischen Elemente M1 bis M6 befestigt sind. Insbesondere werden Abstandswerte zwischen Referenzpunkten des Trägerrahmens überwacht, welche die Stabilität der optischen Elemente M5 und M6 wiederspiegeln. Die Auswertung der Abstandsmesswerte und Verwendung zur Stabilisierung des lateralen Abbildungsverhaltens erfolgt analog zur in Zusammenhang mit 1 beschriebenen Funktionsweise.
Die 6 und 7 veranschaulichen eine weitere Ausführungsform einer Projektionsbelichtungsanlage 10 für die Mikrolithographie mit einem Projektionsobjektiv 30, welches neben einem Trägerrahmen 32, an dem optische Elemente M1 und M2 in Gestalt von Spiegeln mittels Aktuatoren 36-1 und 36-2 befestigt sind, einen Stabilisierungsrahmen in Gestalt eines Sensorrahmens 102 aufweist. 6 zeigt die Projektionsbelichtungsanlage 10 im Ruhezustand, während 7 die Projektionsbelichtungsanlage 10 in einem Zustand zeigt, in dem Schwingungsanregungen auf ein den Trägerrahmen 32 umfassendes Rahmengestell 12 ausgeübt werden. Signifikante Anteile dieser Schwingungsanregungen werden nachstehend als Schwingungsanregung 40 bezeichnet. Diese Schwingungsanregung 40 liegt typischerweise im Bereich zwischen 0,1 Hz und 10 Hz, insbesondere zwischen 0,1 Hz und 3 Hz, und kann durch Bodenschwingungen oder durch die bei der Scanbewegung sich hin- und herbewegenden Massen einer Maskenverschiebebühne 14 bzw. einer Waferverschiebebühne 22 erzeugt werden. Wie in 7 gezeigt, führt die Schwingungsanregung 40 zu einer Deformation des Sensorrahmens 102. Dabei oszilliert der Sensorrahmen 102 mit der Frequenz der Schwingungsanregung zwischen der in 6 gezeigten undeformierten Form und in 7 gezeigten deformierten Form hin und her.
Das Projektionsobjektiv 30 dient der Abbildung von auf einer Maske 16 angeordneten Maskenstrukturen auf ein Substrat in Gestalt eines Wafers 24. Dazu wird eine Belichtungsstrahlung 34 von einer nicht zeichnerisch dargestellten Beleuchtungseinrichtung auf die Maske 16 eingestrahlt, durchläuft nach Wechselwirkung mit der Maske 16 das Projektionsobjektiv 30 durch Reflexion an den optischen Elementen M1 und M2 und trifft schließlich den Wafer 24 auf. Die Wellenlänge der Belichtungsstrahlung 34 liegt im vorliegenden Fall im extrem ultravioletten Wellenlängenbereich (EUV), z.B. bei etwa 13,5 nm oder 6,8 nm, kann aber in anderen Ausführungsformen der Projektionsbelichtungsanlage 10 auch im UV-Wellenlängenbereich, z.B. bei 248 nm oder 193 nm liegen. Die optischen Elemente M1 und M2 sind im gezeigten Fall als Spiegel konfiguriert. Je nach Wellenlänge der Belichtungsstrahlung 34 können die optischen Elemente des Projektionsobjektivs 30 als Linsen und/oder als Spiegel ausgeführt sein.
Die Maske 16 sowie der Wafer 24 sind jeweils auf einem Verschiebeschlitten 18 bzw. 26 gegenüber der jeweiligen Basis 20 bzw. 28 der Maskenverschiebebühne 14 bzw. der Waferverschiebebühne 22 quer zur Strahlrichtung der Belichtungsstrahlung 34 verschiebbar angeordnet. Während des Belichtungsvorgangs werden Maske 16 und Wafer 24 gegensätzlich zueinander verschoben, wodurch eine Scanbewegung ausgeführt wird.
Die Stabilität des Strahlengangs der Belichtungsstrahlung 34 während des Abbildungsvorganges wird mittels des vorstehend erwähnten Sensorrahmens 102, welcher als steife Referenzstruktur ausgebildet ist, bewirkt. Der Sensorrahmen ist mittels Schwingungsdämpfern 106-1 und 106-2 in Gestalt von Stoßdämpfern, welche auch als Isolatoren bezeichnet werden, am Rahmengestell 12 der Projektionsbelichtungsanlage 10, insbesondere am Trägerrahmen 32 des Projektionsobjektivs 30 aufgehängt. Die Positionen der Maskenverschiebebühne 14, der optischen Elemente M1 und M2 sowie der Waferverschiebebühne 22 werden während des Belichtungsbetriebs kontinuierlich mittels Abstandsmesseinrichtungen 48-1 bis 48-4 zum Sensorrahmen 102 referenziert und durch entsprechende Aktuation in stabiler Positionsbeziehung zum Sensorrahmen 102 gehalten.
Konkret messen die Abstandsmesseinrichtungen 48-1 bis 48-4 im Abbildungsbetrieb kontinuierlich die relative Lage der Maskenverschiebebühne 14, der optischen Elemente M1 und M2 sowie der Waferverschiebebühne 22 in jeweils einer oder mehreren Dimensionen zu jeweiligen Messpunkten am Sensorrahmen 102. Die dabei ermittelten Abstandswerte 108-1 bis 108-4 werden an eine Steuerungsvorrichtung 116 übertragen, welche bei Veränderungen in den Abstandswerten 108-1 bis 108-4 Steuerungssignale 118-1 bis 118-4 an die Maskenverschiebebühne 14, die Aktuatoren 36-1 und 36-2 der optischen Elemente M1 und M2 sowie die Waferverschiebebühne 22 übermittelt. Die Steuerungssignale 118-1 bis 118-4 dienen der Korrektur der anhand der gemessenen Abstandswerte 108-1 bis 108-4 festgestellten Lageveränderungen im Strahlengang der Belichtungsstrahlung 34. Mit anderen Worten bewirken die Steuerungssignale 118-1 bis 118-4 jeweilige Justagevorgänge in der Maskenverschiebebühne 14, den Aktuatoren 36-1 und 36-2 sowie der Waferverschiebebühne 22, womit die Veränderungen in den Abstandswerten 108-1 bis 108-4 wieder ausgeglichen werden. Damit wird während eines Belichtungsvorgangs die jeweilige Lagebeziehung der Maske 14, der optischen Elemente M1 und M2 sowie des Wafers zu den jeweiligen Messpunkten am Sensorrahmen 102 stabil gehalten.
Wie vorstehend bereits erwähnt, kann eine typischerweise im Bereich zwischen 0,1 Hz und 10 Hz liegende Schwingungsanregung 40 dazu führen, dass die Form des Sensorrahmens 102 zwischen der in 6 gezeigten undeformierten Form und der in 7 gezeigten deformierten Form hin und her oszilliert. Dies führt dazu, dass sich die Messpunkte der Abstandsmesseinrichtungen 48-1 bis 48-4 am Sensorrahmen 102 zueinander verschieben, d.h. in der in 7 veranschaulichten deformierten Form ist die relative Lagebeziehung der Messpunkte zueinander anders als in der in 6 veranschaulichten undeformierten Form. Ohne weitere Kompensation dieses Effekts würde dies aufgrund der jeweiligen Referenzierung der Maskenverschiebebühne 14, der optischen Elemente M1 und M2 sowie der Waferverschiebebühne 22 zum Sensorrahmen 102 dazu führen, dass die Deformation des Sensorrahmens 102 eine Relativverschiebung der genannten Elemente, insbesondere der optischen Elemente M1 und M2, zueinander bewirkt. Dies wiederum hätte einen lateralen Abbildungsfehler 35 zur Folge, wie in 7 anhand des Strahlengangs der Belichtungsstrahlung 34 veranschaulicht.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird der beschriebene Deformationseffekt des Sensorrahmens 102 bei der Stabilisierungssteuerung der Projektionsbelichtungsanlage 10 berücksichtigt und somit dessen Einfluss auf die laterale Abbildungsstabilität eliminiert oder zumindest minimiert. Dazu umfasst das Projektionsobjektiv 30 gemäß der 6 und 7 eine Messvorrichtung 46 mit Aktivitätssensoren 104-1 und 104-2 sowie einer Auswerteeinrichtung 52. Jedem der Schwingungsdämpfer 106-1 und 106-2 ist einer der Aktivitätssensoren 104-1 bzw. 104-2 in Gestalt einer Abstandsmessvorrichtung zur Messung eines Aktivitätsparameters des jeweiligen Schwingungsdämpfers 106-1 bzw. 106-2 in Gestalt einer die mechanische Verformung des Schwingungsdämpfers angebenden Deformationswertes 112-1 bzw. 112-2 zugeordnet. Die Deformationswerte 112-1 und 112-2 der Schwingungsdämpfer 106-1 und 106-2 werden während des Belichtungsbetriebs an die Auswerteeinrichtung 52 übermittelt. In einer ersten Auswerteeinheit 52a wird aus den Deformationswerten 112-1 und 112-2 ein Beschleunigungswert 114 ermittelt, welche auf den Sensorrahmen 102 wirkende beschleunigende Kräfte quantifiziert.
Aus dem einen Deformationsparameter des Sensorrahmens 102 darstellenden Beschleunigungswert 114 berechnet daraufhin eine zweite Auswerteeinheit 52b eine sich daraus für den Sensorrahmen 102 ergebende Deformationsform 54. Die Berechnung geht auf eine Finite-Elemente-Modellierung (FE-Modellierung) zurück, insbesondere kann sich die zweite Auswerteeinheit 52b bei der Berechnung der Deformationsform einer mittels eines FE-Modells ermittelten Transformationsmatrix bedienen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform können anstatt der Aktivitätssensoren 104-1 und 104-2 der Schwingungsdämpfer 106-1 bzw. 106-2 auch ein oder mehrere Beschleunigungssensoren zur direkten Messung des Beschleunigungswertes 114 vorgesehen sein.
Die von der zweiten Auswerteeinheit 52b ermittelte Deformationsform 54 wird an eine Korrekturvorrichtung 56 weitergegeben. Diese wiederum bestimmt Korrektursignale 58-1 bis 58-4 in Gestalt von Korrekturwerten für die Steuerungssignale 116-1 bis 116-4 und übermittelt diese an die Steuerungsvorrichtung 116. Die Korrektursignale 58 berücksichtigen die sich aus der veränderten Form des Sensorrahmens 102 ergebenden Lageveränderungen der Messpunkte der Abstandsmesseinrichtungen 48-1 bis 48-4 bei der Auswertung der von diesen ermittelten Abstandswerte 108-1 bis 108-4. Mit anderen Worten dienen die Korrektursignale 58-1 bis 58-2 dazu, die Steuerungssignale 118-1 bis 118-4 an die Maskenverschiebebühne 14, die Aktuatoren 36-1 und 36-2 der optischen Elemente M1 und M2 und die Waferverschiebebühne 22 an die jeweils aktuelle Deformationsform 54 zur Vermeidung eines lateralen Abbildungsfehlers anzupassen.
Dies kann gemäß einer Ausführungsvariante erfolgen, indem aus der übermittelten Deformationsform 54 eine jeweilige Lageveränderung der optischen Elemente M1 und M2, und ggf. auch der Verschiebebühnen 14 und 22, welche sich aufgrund der Referenzierung an den Sensorrahmen 102 ergeben würde, ermittelt wird und die Steuerungssignale 118-1 bis 118-4 mittels der Korrektursignale 58-1 bis 58-4 derart angepasst werden, dass damit die genannten Lageveränderungen der optischen Elemente M1 und M2 unmittelbar korrigiert werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante kann aus der übermittelten Deformationsform 54 auch durch Berechnung der sich daraus ergebenden Lageveränderungen der optischen Elemente M1 und M2, und ggf. auch der Verschiebebühnen 14 und 22, und der daraus resultierenden Veränderung des Strahlengangs der Belichtungsstrahlung 34 im Projektionsobjektiv 30 ein sich ergebender lateraler Abbildungsfehler bestimmt werden. In diesem Fall bewirken die Korrektursignale 58-1 bis 58-4 lediglich die Veränderung des Steuerungssignals 118-1 und/oder 118-4 an die Maskenverschiebebühne 14 bzw. die Waferverschiebebühne 22 zur Ausführung einer der Korrektur des lateralen Abbildungsfehlers 55 dienenden Korrekturbewegung 62 bzw. 64 in Gestalt einer lateralen Verschiebung der Maske 16 bzw. des Wafers 24. Die beiden Ausführungsvarianten zur Kompensation einer übermittelten Deformationsform können auch miteinander kombiniert werden.
Die in den 6 und 7 separat dargestellten Auswerteeinheiten 52a und 52b können auch zusammen mit der Korrekturvorrichtung 56 eine gemeinsame Funktionseinheit bilden, welche aus einer Vielzahl von Deformationswerten 112 als Eingangsparametern, beispielweise vierundzwanzig Eingangsparametern bei sechs Deformationswerten pro Schwingungsdämpfer 106 und vier zum Einsatz kommenden Schwingungsdämpfern, mittels einer auf einem FE-Modell basierenden Transformationsmatrix Korrektursignale 58 erzeugt, welche eine Vielzahl von Korrekturwerten umfasst. Die Korrektursignale 58 können z.B. Korrekturwerte für jeden von jeweils sechs Starrkörperfreiheitsgraden zur Aktuierung der optischen Elemente des Projektionsobjektivs 30 bzw. der Verschiebebühnen 14 und 22 umfassen. In einem Fall, in dem das Projektionsobjektiv 30 zehn entsprechend aktuierbare optische Elemente umfassen die Korrektursignale (10 + 2) × 6 = 72 Korrekturwerte. Die mittels des FE-Modells ermittelte Transformationsmatrix ist in dem genannten Beispiel mit 24 Eingängen und 72 Ausgängen eine 72×24-Matrix. Eine Transformationsmatrix einer derartigen Größe erlaubt eine Echtzeitberechnung der Korrektursignale 58 im Hinblick auf die Frequenz der Schwingungsanregung 40.
Die vorstehende Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen ist exemplarisch zu verstehen. Die damit erfolgte Offenbarung ermöglicht es dem Fachmann einerseits, die vorliegende Erfindung und die damit verbundenen Vorteile zu verstehen, und umfasst andererseits im Verständnis des Fachmanns auch offensichtliche Abänderungen und Modifikationen der beschriebenen Strukturen und Verfahren. Daher sollen alle derartigen Abänderungen und Modifikationen, insoweit sie in den Rahmen der Erfindung gemäß der Definition in den beigefügten Ansprüchen fallen, sowie Äquivalente vom Schutz der Ansprüche abgedeckt sein.
Bezugszeichenliste

10: Projektionsbelichtungsanlage
12: Rahmengestell
14: Maskenverschiebebühne
16: Maske
18: Verschiebeschlitten
20: Basis
22: Waferverschiebebühne
24: Wafer
26: Verschiebeschlitten
28: Basis
30: Projektionsobjektiv
31: Grundrahmen
32: Trägerrahmen
32a, 32c: Seitenelemente
32b, 32d: Querelemente
31-1 sowie 32-2: Trägerrahmen
34: Belichtungsstrahlung
34-1: eingehende Belichtungsstrahlung
34-2: Belichtungsstrahlung im Abbildungsstrahlengang
35: lateraler Abbildungsfehler
36, 36-1 und 36-2: Aktuator
38: Kippachse
40: Schwingungsanregung
42: Rahmendeformation
44: Verkippung
46: Messvorrichtung
48: Abstandsmesseinrichtung
50: Abstandswert
52: Auswerteeinrichtung
52 sowie 52b: Auswerteeinheiten
54: Deformationsform
56: Korrekturvorrichtung
58-1 bis 58-4: Korrektursignale
60, 62 sowie 64: Korrekturbewegungen
66: eingehende Messstrahlung
68: Strahlteiler
69: optische Achse
70: Aufspaltungselement
71: Fizeaufläche
72: Messstrahl
74: Refernzstrahl
75: Messstrecke
76: Kameraobjektiv
78: Detektor
80: verschiebbarer Reflektor
82: Schlieren
84: Mehrstreifeninterferenzmuster
85: lokale Störungen
86: korrigiertes Mehrstreifeninterfernenzmuster
88: Retroreflektor
90: G-Spiegel
102: Sensorrahmen
104-1, 104-2: Aktivitätssensoren
106: Schwingungsdämpfer
108-1 bis 108-4: Abstandswerte
110: Verschiebung
112-1, 112-2: Deformationswerte
114: Beschleunigungswert
116: Steuerungsvorrichtung
118-1 bis 118-2: Steuerungssignale
A, B, C, D: Referenzpunkte
M1, M2: optische Elemente

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

DE 102008004762 A1 [0005]
US 7423724 B2 [0058]
US 8027022 B2 [0060]

Claims

Projektionsbelichtungsanlage (10) für die Mikrolithographie mit einem Projektionsobjektiv (30) zum Abbilden von Maskenstrukturen auf ein Substrat (24) mittels einer Belichtungsstrahlung (34, 34-2), wobei das Projektionsobjektiv umfasst: optische Elemente (M1, M2) zum Führen der Belichtungsstrahlung, einen Stabilisierungsrahmen (32, 102) welcher im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage dazu dient, eine Anordnung der optischen Elemente zueinander zu stabilisieren, sowie eine Messvorrichtung (46) zur Überwachung einer lateralen Abbildungsstabilität des Projektionsobjektivs, welche dazu konfiguriert ist, während des Betriebs der Projektionsbelichtungsanlage zumindest einen, eine Deformation des Stabilisierungsrahmens charakterisierenden, Deformationsparameter (50, 54) zu bestimmen.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 1, welche weiterhin eine Korrekturvorrichtung (56) umfasst, welche dazu konfiguriert ist, bei Veränderung des Deformationsparameters (50, 54) mindestens ein Korrektursignal (58) zur Korrektur eines aus der Veränderung des Deformationsparameters resultierenden lateralen Abbildungsfehlers des Projektionsobjektivs durch Manipulation mindestens eines im Strahlengang der Belichtungsstrahlung (34, 34-2) angeordneten Elements zu erzeugen.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Korrekturvorrichtung (56) dazu konfiguriert ist, bei Veränderung des Deformationsparameters (50, 54) eine daraus resultierende Veränderung der Lage mindestens eines der optischen Elemente (M1, M2) zu bestimmen und eine Korrektur der Lage zu bewirken.
Projektionsbelichtungsanlage nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei der die Korrekturvorrichtung (56) dazu konfiguriert ist, bei Veränderung des Deformationsparameters (50, 54) einen daraus resultierenden lateralen Abbildungsfehler des Projektionsobjektivs zu bestimmen und den lateralen Abbildungsfehler durch Lageveränderung eines im Strahlengang der Belichtungsstrahlung (34, 34-2) angeordneten Elements (14, 22, M1, M2) zu korrigieren.
Projektionsbelichtungsanlage nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei der die Messvorrichtung (46) eine Abstandsmesseinrichtung (48) umfasst, welche zur Vermessung des mindestens einen Deformationsparameters (50) in Gestalt eines Abstands zwischen zwei Referenzpunkten des Stabilisierungsrahmens (32) konfiguriert ist.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 5, bei der die Abstandsmesseinrichtung (48) mindestens ein Interferometer umfasst.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 6, bei der das Interferometer zur Erzeugung eines Mehrstreifeninterferenzmusters konfiguriert ist.
Projektionsbelichtungsanlage nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei der die Abstandsmesseinrichtung (48) eine interferometrische Abstandsmessvorrichtung zur Messung eines optischen Weglängenunterschieds zwischen einem Referenzstrahlengang (74) und einem Messstrahlengang (72) in einem Volumen von mit Schlieren (82) behafteten Gasen umfasst, wobei ein Durchmesser des Messstrahlengangs mindestens 0,1 cm beträgt.
Projektionsbelichtungsanlage nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei welcher das Projektionsobjektiv einen Trägerrahmen (32) umfasst, an dem die optischen Elemente (M1, M2) befestigt sind, und der Stabilisierungsrahmen den Trägerrahmen umfasst.
Projektionsbelichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welcher das Projektionsobjektiv einen Trägerrahmen (32), an dem die optischen Elemente (M1, M2) mittels Aktuatoren (36-1, 36-2) befestigt sind, einen Sensorrahmen (102), welcher mittels eines Schwingungsdämpfers (106-1, 106-2) an dem Trägerrahmen gelagert ist, sowie Lagesensoren (48-1, 48-2, 48-3, 48-4)) umfasst, welche dazu konfiguriert sind, im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage die jeweilige Lage der optischen Elemente in Bezug auf den Sensorrahmen zu messen und die Aktuatoren zur Korrektur gemessener Lageveränderungen anzusteuern, wobei der Stabilisierungsrahmen den Sensorrahmen (102) umfasst.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 10, bei der die Messvorrichtung (46) einen Aktivitätssensor (104-1, 104-2) zur Messung eines Aktivitätsparameters (112-1, 112-2) des Schwingungsdämpfers sowie eine Auswerteeinrichtung zur Bestimmung des Deformationsparameters (54) aus dem Aktivitätsparameter umfasst.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 11, bei welcher der Aktivitätssensor einen Abstandssensor (104-1, 104-2) zur Messung einer mechanischen Verformung des Schwingungsdämpfers umfasst.
Projektionsbelichtungsanlage nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei der die Messvorrichtung einen Beschleunigungssensor zur Messung einer Beschleunigung des Sensorrahmens (102) umfasst.
Verfahren zur Überwachung einer lateralen Abbildungsstabilität eines Projektionsobjektivs (30) einer Projektionsbelichtungsanlage (10) für die Mikrolithographie während des Betriebs der Projektionsbelichtungsanlage, bei dem Maskenstrukturen mittels einer Belichtungsstrahlung (34, 34-2), welche von in dem Projektionsobjektiv angeordneten und zueinander mittels eines Stabilisierungsrahmens (32, 102) stabilisierten optischen Elementen (M1, M2) geführt wird, auf ein Substrat (24) abgebildet werden und zumindest ein, eine Deformation des Stabilisierungsrahmens charakterisierender, Deformationsparameter (50, 54) bestimmt wird.
Interferometrische Abstandsmessvorrichtung (48) zur Messung eines optischen Weglängenunterschieds zwischen einem Referenzstrahlengang (74) und einem Messstrahlengang (72) in einem Volumen von mit Schlieren (82) behafteten Gasen, wobei ein Durchmesser des Messstrahlengangs zumindest abschnittsweise mindestens 0,1 cm beträgt.
Interferometrische Abstandsmessvorrichtung nach Anspruch 15, welche einen Retroreflektor (88) zur in sich Zurückreflexion einer den Messstrahlengang (72) durchlaufenden Messstrahlung umfasst, wobei die Normale auf den Retroreflektor gegenüber der Ausbreitungsrichtung der Messstrahlung um mindestens 0,1 mrad verkippt ist.