DE102017202863A1

DE102017202863A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln einer Position und/oder Orientierung eines optischen Elements

Info

Publication number: DE102017202863A1
Application number: DE102017202863.7A
Authority: DE
Inventors: Rolf Freimann; Jürgen Baier
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2017-02-22
Filing date: 2017-02-22
Publication date: 2018-03-22

Abstract

Ein Verfahren zum Ermitteln einer Position und/oder einer Orientierung eines optischen Elements (202, 204) in einem nicht-homozentrischen Strahlengang (218) einer mikrolithographischen Baugruppe (200) oder Lithographieanlage (100A, 100B), aufweisend folgende Schritte: a) Senden (S1) eines Lichtstrahls (L1, L2, L3) entlang des Strahlengangs (218), wobei eine Lage des Lichtstrahls (L1, L2, L3) im Raum vor dem optischen Element (202, 204) definiert ist, b) Erfassen (S2) des Lichtstrahls (L1, L2, L3) hinter dem optischen Element (202, 204), und c) Ermitteln (S3) der Position und/oder der Orientierung des optischen Elements (202, 204) anhand des erfassten Lichtstrahls (L1, L2, L3).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln einer Position und/oder Orientierung eines optischen Elements.
Die Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise („Chips“), angewendet. Der Mikrolithographieprozess wird mit einer Lithographieanlage durchgeführt, welche ein Beleuchtungssystem und ein Projektionssystem aufweist. Das Bild einer mittels des Beleuchtungssystems beleuchteten Maske (Retikel) wird hierbei mittels des Projektionssystems auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes und in der Bildebene des Projektionssystems angeordnetes Substrat (z. B. ein Siliziumwafer) projiziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen.
Getrieben durch das Streben nach immer kleineren Strukturen bei der Herstellung integrierter Schaltungen werden derzeit EUV-Lithographieanlagen entwickelt, welche Licht mit einer Wellenlänge im Bereich von 0,1 nm bis 30 nm, insbesondere 13,5 nm verwenden. Bei solchen EUV-Lithographieanlagen müssen wegen der hohen Absorption der meisten Materialien von Licht dieser Wellenlänge reflektierende Optiken, das heißt Spiegel, anstelle von – wie bisher – brechenden Optiken, das heißt Linsen, eingesetzt werden.
Die Spiegel können z. B. an einem Tragrahmen (Engl.: force frame) befestigt und wenigstens teilweise manipulierbar ausgestaltet sein, um eine Bewegung eines jeweiligen Spiegels in bis zu sechs Freiheitsgraden und damit eine hochgenaue Positionierung der Spiegel zueinander, insbesondere im pm-Bereich, zu ermöglichen. Somit können etwa im Betrieb der Lithographieanlage auftretende Änderungen der optischen Eigenschaften, z. B. infolge von thermischen Einflüssen, kompensiert werden.
Herkömmlicherweise werden Lithographieanlagen beim Hersteller derselben aufgebaut. Dies umfasst insbesondere ein Positionieren und Ausrichten der Spiegel zueinander. „Positionieren“ meint eine Bewegung eines entsprechenden Spiegels in bis zu drei translatorischen Freiheitsgraden. „Ausrichten“ meint ein Bewegen eines entsprechenden Spiegels in bis zu drei rotatorischen Freiheitsgraden. Das Positionieren und Ausrichten der Spiegel wird so lange wiederholt, bis ein Bild, welches an der Eingangsseite des Projektionsobjektivs der Lithographieanlage erzeugt wird, korrekt an der Ausgangsseite des Projektionsobjektivs abgebildet wird. Anschließend werden die Spiegel in ihrer jeweiligen Lage fixiert. Damit ist die Qualifizierung der Lithographieanlage abgeschlossen.
Um nun eine solche Lithographieanlage zum Kunden, beispielsweise ein Chip-Hersteller, zu bringen, muss diese – schon aufgrund ihrer großen Abmessungen – in ihre Einzelteile zerlegt werden. Beim Kunden muss dann der vorstehend beschriebene Prozess des Positionierens und Ausrichtens der Spiegel wiederholt werden. Dieser Prozess ist sehr aufwendig – dies nicht nur wegen der Vielzahl von Positionier- und Ausrichteinzelschritten, sondern auch wegen der zunehmenden Größe der einzelnen Spiegel (teilweise größer 2 m im Durchmesser) sowie einem entsprechend großem Gewicht der Spiegel.
Daher sind aus dem Stand der Technik Lösungsansätze bekannt geworden, um den vorstehend beschriebenen Prozess zu vereinfachen, vgl. JP 2004-128307 A . Diese zielen mitunter darauf ab, das Projektionsobjektiv in mehrere Teilobjektive zu zerlegen. Die optischen Elemente innerhalb eines jeweiligen Teilobjektivs werden zueinander positioniert und ausgerichtet. Anschließend wird das Projektionsobjektiv aus den Teilobjektiven aufgebaut. Eine weitere Vermessung und Justage der optischen Elemente ist dann nicht mehr erforderlich. Insgesamt reduziert dieser Ansatz des Aufteilens in Teilobjektive die Komplexität des Justageablaufs, wie nachfolgend dargelegt:
Als Maßzahl für die Komplexität wird beispielsweise die Anzahl möglicher Urzustände verstanden. Am Beispiel der Zerlegung eines achtkomponentigen Projektionsobjektivs in drei Teilobjektive wird nachfolgend die Reduktion möglicher Urzustände berechnet:
Seien N₁, N₂, N₃, ...N_k die Anzahl möglicher Positionier- und Ausrichtungszustände der optischen Elemente 1, 2, 3, ... k, wobei hier gilt k = 8. Seien M₁₂ und M₂₃ die Anzahl möglicher Urzustände bei der Justage der Teilobjektive zueinander, also Teilobjektiv 1 zu Teilobjektiv 2 und Teilobjektiv 2 zu Teilobjektiv 3. Bei einer Gesamtobjektivjustage sind N₁·N₂·N₃·...N₈ Urzustände möglich. Bei der modularisierten Justage beträgt die Anzahl möglicher Urzustände: N₁·N₂·N₃ + N₄·N₅·N₆ + N₇·N₈ + M₁₂·M₂₃. Nimmt man der Einfachheit halber an, dass bei allen optischen Elementen und Teilobjektiven die Anzahl möglicher Urzustände gleich sind, diese Anzahl sei hier N genannt, dann folgt eine Verringerung der Urzustandsanzahl von N⁸ auf nur noch 2·N³ + 2·N².
Nun zurückkehrend zu JP 2004-128307 A ist dieser ein Projektionsobjektiv zu entnehmen, welches zwei Teilobjektive umfasst. Die Teilobjektive enthalten jeweils drei Spiegel. Zwischen den beiden Teilobjektiven ist eine Zwischenbildebene gebildet. Somit können die Spiegel innerhalb eines jeden Teilobjektivs zueinander positioniert und ausgerichtet werden. Anhand der Zwischenbildebene wird die korrekte Position und Ausrichtung der Spiegel überprüft. Nach Qualifizierung eines jeweiligen Teilobjektivs werden die Teilobjektive zur Bildung des Projektionsobjektivs zusammengebaut.
Es hat sich gezeigt, dass es nur in Ausnahmefällen möglich oder günstig ist, ein Projektionsobjektiv derart in Teilobjektive zu unterteilen, dass sich zwischen den Teilobjektiven Zwischenbildebenen befinden. Vielmehr kann es beispielsweise aus Gründen der Schaffung von Teilobjektiven mit günstiger Geometrie bzw. günstigen Packmaßen vorteilhaft sein, ein entsprechendes Objektiv in Teilobjektive zu unterteilen, wobei sich an den Schnittstellen zwischen jeweils zwei Objektiven gerade keine Zwischenbildebene befindet. In solchen Fällen ist der Strahlengang zwischen zwei entsprechenden Teilobjektiven in der Regel nicht-homozentrisch. Dies bedeutet, dass sich die Lichtstrahlen nicht auf einen Punkt zurückführen lassen und auch nicht parallel sind.
Obwohl vorstehend in Bezug auf Teilobjektive erläutert, besteht ganz allgemein im Bereich der Lithographie der Bedarf optische Elemente in Teilsystemen, Modulen oder sonstigen Baugruppen mit nicht-homozentrischen Strahlengängen zu vermessen, ggf. um diese in einem nachgelagerten Schritt zu positionieren und/oder auszurichten.
Vor diesem Hintergrund besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein verbessertes Verfahren sowie eine verbesserte Vorrichtung zum Ermitteln einer Position und/oder Orientierung eines optischen Elements bereitzustellen.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren zum Ermitteln einer Position und/oder einer Orientierung eines optischen Elements in einem nicht-homozentrischen Strahlengang einer lithographischen Baugruppe oder Lithographieanlage vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

a) Senden eines Lichtstrahls entlang des Strahlengangs, wobei eine Lage des Lichtstrahls im Raum vor dem optischen Element definiert ist,
b) Erfassen des Lichtstrahls hinter dem optischen Element, und
c) Ermitteln der Position und/oder der Orientierung des optischen Elements anhand des erfassten Lichtstrahls.

Eine der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, einzelne Lichtstrahlen zu nutzen, um die Position und/oder Orientierung des optischen Elements zu ermitteln. Für diese Einzelstrahlen gelten die Gesetzmäßigkeiten der Strahlenoptik, d.h. der geometrischen Optik. Es lässt sich somit unter Zugrundelegung dieser Gesetzmäßigkeiten eine ausreichend genaue Aussage über die Position und/oder Orientierung des optischen Elements treffen. Mit anderen Worten, ist eine Beobachtung derartiger Lichtstrahlen in dem nicht-homozentrischen Strahlengang derart möglich, dass Rückschlüsse auf die Position und/oder Orientierung des entsprechenden optischen Elements getroffen werden können. Dies im Unterschied zu der Verwendung von Lichtbündeln. Solche können in einem nicht-homozentrischen Strahlengang nicht oder nur unter Schwierigkeiten ausreichend genau beobachtet werden. Entsprechend ist man in der Regel bei der Verwendung von Lichtbündeln auf einen homozentrischen, d.h. abbildenden Strahlengang angewiesen.
Vorliegend ist ein Lichtstrahl – im Unterschied zum Strahlenbündel – so definiert, dass sein Verlauf durch den homozentrischen Strahlengang unter Zugrundelegung der Gesetzmäßigkeiten der Strahlenoptik ausreichend genau beschrieben werden kann. Bevorzugt beträgt der Durchmesser des Lichtstrahls < 10 mm, weiter bevorzugt < 2 mm.
Bei dem optischen Element kann es sich beispielsweise um einen Spiegel, eine Linse, eine Lambda-Platte oder ein optisches Gitter handeln. Der homozentrische Strahlengang kann mehrere optische Elemente, insbesondere mehrere Spiegel und/oder Linsen aufweisen.
Unter einer "lithographischen Baugruppe" ist vorliegend ein Teilobjektiv, Teilsystem, optisches Modul oder dergleichen zu verstehen, welche für die Mikrolithographie, d.h. zur Durchführung eines mikrolithographischen Prozesses, geeignet ist. Wie erwähnt, umfasst die Baugruppe zumindest ein optisches Element. Weiter kann die Baugruppe zumindest zwei, zumindest drei oder weitere optische Elemente umfassen.
Der nicht-homozentrische Strahlengang kann auch Teil eines sonstigen Bestandteils der Lithographieanlage, also nicht notwendigerweise einer lithographischen Baugruppe sein.
Mit "Lage" des Lichtstrahls im Raum ist dessen Position und/oder Orientierung gemeint und kann durch einen Richtungsvektor beschrieben werden.
„Vor dem optischen Element“ sowie „hinter dem optischen Element“ sind im Sinne der Strahlenoptik zu verstehen. Dabei ist auf die Ausbreitungsrichtung des Lichts abzustellen. Den Weg, den der Lichtstrahl bis zu dem optischen Element zurücklegt, liegt „vor“ diesem, der Weg, den er nach Passieren des optischen Elements zurücklegt, liegt „hinter“ diesem.
Es ist selbstverständlich, dass der Lichtstrahl auf seinem Weg durch den nicht-homozentrischen Strahlengang mit den ein oder mehreren optischen Elementen wechselwirkt. Im Falle eines Spiegels besteht diese Wechselwirkung bspw. in einer Reflexion des Lichtstrahls. Bei einer Linse besteht die Wechselwirkung bspw. in einer Lichtbrechung. Weiterhin kommt als Wechselwirkung eine Lichtbeugung durch sonstige optische Elemente in Betracht.
„Ein“ ist vorliegend keinesfalls im Sinne von genau eins zu verstehen. Es können stets auch mehr Elemente, bspw. zwei, drei oder mehr Elemente, vorgesehen sein. So können bspw. anstelle eines Lichtstrahls mehrere Lichtstrahlen vorgesehen sein.
Bei dem vorliegenden Verfahren können die Schritte a), b) und c) für mehrere, unterschiedliche Lichtstrahlen parallel oder seriell durchgeführt werden. Ersteres („parallel“) erfordert eine Unterscheidung hinsichtlich der Strahlablagen (bzw. Spotablagen), was beispielsweise mit Hilfe unterschiedlicher Wellenlängen des verwendeten Lichts, der Spotform etc. erfolgen kann. Letzteres („seriell“) kann auf einfachere Weise insbesondere mit Hilfe eines Lasers oder dergleichen erfolgen, ist aber zeitaufwändiger.
Gemäß einer Ausführungsform wird in Schritt b) eine Ist-Strahlablage des Lichtstrahls auf eine Erfassungseinrichtung hinter dem optischen Element erfasst. In Schritt c) erfolgt die Ermittlung der Position und/oder der Orientierung des optischen Elements in Abhängigkeit eines Vergleichs der erfassten Ist-Strahlablage mit einer Soll-Strahlablage des Lichtstrahls auf der Erfassungseinrichtung.
Bei der Erfassungseinrichtung kann es sich beispielsweise um eine Mattscheibe und/oder ein Elektronikchip handeln. Insbesondere kann als Elektronikchip ein CMOS- oder CCD-Chip verwendet werden. Die Ist-Strahlablage kann sich als Lichtpunkt, insbesondere bei der Verwendung einer Mattscheibe, darstellen. Die Soll-Strahlablage ist dann entsprechend ein Referenzpunkt, insbesondere auf der Mattscheibe. Der Schritt des Vergleichens der Ist-Strahlablage mit der Soll-Strahlablage kann beispielsweise automatisch mittels einer geeigneten Rechnereinrichtung erfolgen. Aus diesem Vergleich kann auf die Position und/oder Orientierung des optischen Elements rückgerechnet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden die Schritte a)–c) für mehrere Lichtstrahlen ausgeführt, wobei sich die Lichtstrahlen hinsichtlich ihrer Lage im Raum unterscheiden.
Mit der "Lage" ist eine Position und/oder Orientierung des entsprechenden Lichtstrahls im Raum gemeint, welche durch einen Richtungsvektor beschrieben werden kann. Durch die Erhöhung der Anzahl der Lichtstrahlen kann eine Messgenauigkeit verbessert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das optische Element sechs Freiheitsgrade auf. Bevorzugt ist die Erfassungseinrichtung dazu eingerichtet, die Ist-Strahlablage eines jeweiligen Lichtstrahls in einer Ebene zu erfassen. Die Anzahl der mehreren Lichtstrahlen beträgt bevorzugt zumindest drei.
Diese Weiterbildung sei nachfolgend anhand einer lithographischen Baugruppe mit zwei Spiegeln erläutert. Sechs (Starr-)Körperfreiheitsgrade pro Spiegel ergeben zwölf Unbekannte. Pro Lichtstrahl gibt es infolge der Strahlablage auf der – ortsauflösenden – Erfassungseinrichtung zwei Messgrößen (x, y). Somit genügen im Idealfall sechs Lichtstrahlen, um die Position und/oder Orientierung (sechs Freiheitsgrade umfassend drei translatorische und drei rotatorische Freiheitsgrade) der beiden Spiegel zu erfassen. Im Allgemeinen beträgt daher die Mindestanzahl an Lichtstrahlen das Dreifache der Anzahl der zu positionierenden Spiegel. In der Praxis kann es vorteilhaft sein, eine größere Anzahl als die genannte Anzahl Lichtstrahlen einzusetzen, um die Messgenauigkeit weiter zu erhöhen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die ein oder mehreren Lichtstrahlen Laserlichtstrahlen. Das heißt, die Lichtstrahlen werden mit Hilfe eines Lasers erzeugt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird bevorzugt vor Schritt a) die Soll-Strahlablage in Form von Zerstreuungsscheibchen mathematisch-optisch ermittelt.
Insbesondere können von den mathematisch-optisch ermittelten Zerstreuungsscheibchen zu erwartende zweidimensionale Intensitätsverläufe auf der Erfassungseinrichtung abgeleitet werden. Werden diese zweidimensionalen Intensitätsverläufe auf einem Speicher der Erfassungseinrichtung, beispielsweise einem mit einer CCD-Kamera verbundenen Speicher, abgelegt, so können diese Intensitätsverläufe bei dem Vergleich der erfassten Ist-Strahlablage mit der Soll-Strahlablage korrigierend berücksichtigt werden, so dass ein genaueres Messergebnis erzielt werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein von dem Lichtstrahl zwischen einem ersten Referenzpunkt vor und einem zweiten Referenzpunkt hinter dem optischen Element zurückgelegter Weg gemessen und in Schritt c) berücksichtigt.
Durch die Berücksichtigung des zurückgelegten Wegs kann die Messgenauigkeit weiter erhöht werden. Die optische Weglänge wird hier punktuell gemessen. Dies im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik in anderen Zusammenhängen bekannten Wellenfrontmessung, welche flächig erfolgt und bei stark homozentrischen Strahlengängen fehleranfällig ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Weglänge absolut oder mit Hilfe von Interferometrie, insbesondere optischer Kohärenztomographie, gemessen.
Die Lichtstrahlweglänge kann beispielsweise mit Hilfe von Interferometrie, insbesondere optischer Kohärenztomographie (gleichbedeutend mit Laserweglängen-Interferometrie), gemessen werden. Die optische Kohärenztomographie misst über eine Längenänderung einer Referenzstrecke die optische Weglänge zwischen einer reflektierenden und einer teilreflektierenden Fläche. Andere Reflexe als die gewünschten werden durch eine gezielt eingestellte niedrige Kohärenzlänge des verwendeten Lichts eliminiert. Die Referenzstrecke kann in großen Systemen, wie beispielsweise Teilobjektiven für Lithographieanlagen, lang sein. Zur Bauraumverringerung kann entsprechend einer Faltung des Strahlengangs eingesetzt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird mit Hilfe des gemessenen Wegs eine Ellipse ermittelt, deren Brennpunkte mit dem ersten und zweiten Referenzpunkt zusammenfallen, wobei aus der definierten Lage des Lichtstrahls vor dem optischen Element und der Ellipse eine einen Reflexionspunkt des Lichtstrahls an dem optischen Element umfassende erste Tangentialebene ermittelt wird.
Dadurch kann die Messgenauigkeit noch weiter erhöht werden. Bei bekannter Geometrie des optischen Elements, insbesondere dessen optisch aktiver Fläche, kann aus der bekannten Position und Orientierung der ersten Tangentialebene auf die Position und Orientierung des optischen Elements geschlossen werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird mit Hilfe eines weiteren Lichtstrahls eine zweite Tangentialebene ermittelt, welche einen Reflexionspunkt des weiteren Lichtstrahls an dem optischen Element umfasst und zu der ersten Tangentialebene nicht-koplanar ist.
Dadurch kann die Messgenauigkeit noch weiter erhöht werden. Bei bekannter Geometrie des optischen Elements, insbesondere dessen optisch aktiver Fläche, welche insbesondere als Freiformfläche ausgebildet sein kann, kann die Position und Orientierung des optischen Elements mit Hilfe der ersten und zweiten Tangentialebene, wobei die zweite Tangentialebene nicht-koplanar zur ersten Tangentialebene ist, eindeutig festgelegt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der erste Referenzpunkt mit Hilfe einer einen Shutter aufweisenden Lochblende gebildet.
Dadurch kann der Anfangspunkt des Lichtwegs auf einfache Weise spezifiziert werden. Die Lochblende kann durch einen lichtstreuenden, lichtbeugenden, lichtspiegelnden oder teilreflektierenden Shutter abdeckbar ausgebildet sein. Der Shutter dient dem Zweck der Definition der Lichtweglänge Null, und zwar auch bei schräg, also nicht senkrecht auftreffenden Lichtstrahlen. Eine spiegelnde Ausführung kann sich Reflektoren bedienen. Eine Ausführung als beugender Shutter kann vorteilhaft sein, um die Intensität des zurücklaufenden Lichtstrahls gegenüber einer lichtstreuenden Ausführung zu erhöhen. Ein Ausführungsbeispiel für einen beugenden Shutter ist ein Littrow-Gitter. Die Position und/oder Orientierung der Lochblende und damit die Festlegung des ersten Referenzpunkts kann mit mechanischen Methoden, beispielsweise mit Hilfe einer Koordinatenmessmaschine, mit Genauigkeiten im Mikrometerbereich eingestellt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist zur Definition der Lage des Lichtstrahls im Raum vor dem optischen Element der Lochblende eine weitere Lochblende oder ein teildurchlässiger Strahlteiler zur Erzeugung eines Lichtzeigers mit einer Erfassungseinrichtung zur Erfassung des Lichtzeigers vorgeschaltet.
Das Vorsehen einer weiteren Lochblende führt zu einer einfach herzustellenden Konstruktion. Wird dagegen ein teildurchlässiger Strahlteiler mit einer ortsauflösenden Erfassungseinrichtung verwendet, so kann die Länge des Lichtzeigers in Schritt c) eingehen, also bei der Ermittlung der Position und/oder der Orientierung des optischen Elements berücksichtigt werden. Dadurch kann die Messgenauigkeit weiter erhöht werden. Wird der Lichtzeiger so lange ausgeführt wie der zu vermessende Lichtweg, dann entspricht die laterale Messunsicherheit auf der Oberfläche der Erfassungseinrichtung der Ungenauigkeit der Strahlposition am Lichtwegende. Die Strahlpositionskenntnis am Lichtwegende liegt im Mikrometerbereich, wie später noch näher erläutert wird. Damit liegen die Ortsungenauigkeiten von Lichtweganfang (erster Referenzpunkt) und Lichtwegende (zweiter Referenzpunkt) beide im Mikrometerbereich.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der zweite Referenzpunkt mit Hilfe eines Retroreflektors, insbesondere ein Triple-Prisma oder ein Linsenraster mit in Fokusnähe einer jeweiligen Linse angeordnetem Hohlspiegel, gebildet.
Insoweit tritt die Schwierigkeit auf, dass bei Dejustagen des optischen Elements oder der mehreren optischen Elemente der Lichtweg am Systemausgang, also am zweiten Referenzpunkt, von einem mathematisch-optisch prognostizierten Sollverlauf abweicht und es deshalb unklar ist, wie beispielsweise ein der Rückreflexion dienender Spiegel auszurichten ist. Bei Nachjustagen des optischen Elements oder der mehreren optischen Elemente wird der Lichtstrahl am Systemausgang, also am zweiten Referenzpunkt, seitlich wandern oder seine Richtung ändern und sollte bevorzugt trotzdem kontinuierlich in sich zurücklaufen, damit die optische Weglängenmessung funktioniert. Eine Lösung hierfür stellt ein Retroreflektor dar. Wird als Retroreflektor beispielsweise ein Triple-Prisma verwendet, so kann dies zu einem Strahlversatz führen. Daher sollte bevorzugt ein Triple-Prisma kleiner lateraler Abmessungen verwendet werden. Weiter kann ein Raster solcher Triple-Prismen nebeneinander angeordnet werden, so dass auch seitlich gewanderte Lichtstrahlen in sich zurückreflektiert werden können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Erfassungseinrichtung zur Erfassung der Ist-Strahlablage des Lichtstrahls hinter dem Retroreflektor angeordnet.
Alternativ kann die Erfassungseinrichtung – insb. dann, wenn der Retroreflektor nicht-teildurchlässig ausgeführt ist – im Wechsel mit diesem angeordnet werden. Die Ist-Strahlablage des Lichtstrahls ist aus der Optikrechnung bekannt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Erfassungseinrichtung eine Kamera, insbesondere eine CCD-Kamera, auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Erfassungseinrichtung ein Modenfilter vorgeschaltet. Insbesondere kann der Modenfilter zwischen dem Retroreflektor und der Erfassungseinrichtung im Strahlengang angeordnet sein. Der Modenfilter dient der Elimination oder Verringerung von Aberrationen. Aufgrund der Wechselwirkung des Lichtstrahls mit den ein oder mehreren optischen Elementen kommt es zu Aberrationen, weil auch der Lichtstrahl einen endlich kleinen Strahlquerschnitt aufweist. Dadurch kann es wiederum zu unterschiedlichen optischen Lichtweglängen kommen. Dies wiederum kann die Weglängenmessgenauigkeit verringern. Mit Hilfe des Modenfilters können derartige Aberrationen vermieden werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Strahlengang mit einem Betriebsstrahlengang identisch.
"Betriebsstrahlengang" meint denjenigen Strahlengang, entlang dessen Arbeitslicht im Lithographieprozess einer Lithographieanlage umfassend die Baugruppe fällt. In dem Lithographieprozess wird insbesondere ein Wafer belichtet oder eine sonstige mikrolithographische Struktur hergestellt, insbesondere durch Belichten einer photoempfindlichen Schicht.
Indem der (Mess-)Strahlengang entlang des Betriebsstrahlengangs führt, ist sichergestellt, dass ein über insbesondere mehrere direkt aufeinanderfolgende optische Elemente führender Lichtweg existiert. Da der Betriebsstrahlengang im Regelfall mehrere Objektfeldpunkte mit jeweils einer endlichen numerischen Apertur abbildet, existieren für jeden Objektfeldpunkt verschiedene Messstrahlenverläufe mit unterschiedlichen Lichtwegrichtungen. Insbesondere können mehr als zwei Lichtwege (entsprechend zwei unterschiedliche Lichtstrahlen) zur Messung realisiert werden, wodurch die Aussagekraft der Messung bzw. der ermittelten Position und Orientierung des optischen Elements oder der mehreren optischen Elemente erhöht wird.
Ein weiterer Vorteil des vorliegend beschriebenen Verfahrens besteht darin, dass wegen der kleinen Strahldurchmesser auf Korrekturelemente, wie beispielsweise ein computergeneriertes Hologramm oder ein optisches Gitter, zur Korrektur des Lichtstrahlverlaufs verzichtet werden kann. Es sei an dieser Stelle jedoch betont, dass der Einsatz eines Korrekturelements bei dem vorliegenden Verfahren nicht ausgeschlossen ist, sondern zur weiteren Erhöhung der Messgenauigkeit bei Bedarf eingesetzt werden kann.
Ein Aspekt des vorliegenden Verfahrens ist, dass fehlende optische Module bzw. optische Teilsysteme mit deren Strahlengängen ersetzt werden, um die finale Abbildung einer kompletten Optik bzw. eines kompletten Projektionsobjektivs zu simulieren. Gemäß einem weiteren Aspekt kann bei dem vorliegenden Verfahren vorgesehen sein, dass – im Gegensatz zu einer vollflächigen Wellenfrontmessung mit beispielsweise interferometrischen oder deflektometrischen Methoden – die optische Weglänge nicht flächenhaft, sondern punktuell (kleiner Strahldurchmesser) gemessen wird, was eine weitaus kleinere Anzahl an Messwerten bedingt. Die Genauigkeit kann deshalb gegenüber einer vollflächigen Messung verringert sein. Da die Justage-Genauigkeitsanforderungen in vielen Fällen im Mikrometerbereich liegen und die aktuell verfügbare Weglängenmessung solche Genauigkeiten ermöglicht, fällt die verringerte Messgenauigkeit kaum nachteilig ins Gewicht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird nach Schritt c) dem optischen Element nachgeordnet ein weiteres optisches Element in den Strahlengang eingefügt. Sodann werden die Schritte a)–c) für das weitere optische Element wiederholt.
Dadurch können nacheinander optische Elemente in einem Strahlengang positioniert und ausgerichtet werden. Dieses "Auffädeln" der optischen Elemente ist einfach durchzuführen. Das weitere (zweite) optische Element ist benachbart zu dem (ersten) optischen Element angeordnet, d.h. zwischen diesem ist kein noch weiteres optisches Element vorgesehen. Sollen nicht-benachbarte Komponenten neu justiert werden, so ist das Weglängenmesssystem neu anzuordnen.
Die Ermittlung der Position und/oder Orientierung des optischen Elements erfolgt bevorzugt relativ zu dem sogenannten Sensorrahmen (oder einem Teil desselben) der Lithographieanlage. Auch die Festlegung des ersten und zweiten Referenzpunkts erfolgt relativ zu dem Sensorrahmen (Engl.: sensor frame). Entsprechend muss ein Messsystem zum Messen des von dem Lichtstrahl zurückgelegten Wegs, die Lochblende, die weitere Lochblende oder gegebenenfalls der teildurchlässige Strahlteiler mit der Erfassungseinrichtung, der Retroreflektor und die Erfassungseinrichtung zu dem Sensor Frame referenziert sein. Der Vorteil eines solchen Systems besteht insbesondere darin, dass Verformungen, insbesondere Durchbiegungen, eines Tragrahmens, welcher das eine oder die mehreren optischen Elemente trägt, keine Rolle spielen. Dies, weil die optisch wirksamen Flächen der einen oder mehreren optischen Elemente direkt und berührungslos angetastet werden.
Mit dem vorliegenden Verfahren erwartungsgemäß zu erreichende Genauigkeiten können beispielsweise hinsichtlich der Position der optischen Elemente in einem Bereich von beispielsweise zwischen 50 und 200 µm (oder kleiner) und hinsichtlich der Orientierung in einem Bereich zwischen 50 und 200 µrad (oder kleiner) liegen. Mit dem vorstehend geschilderten Verfahren können bei Lichtweglängen (vorliegend auch als zurückgelegter Weg bezeichnet) von beispielsweise 1 m Ist-Strahlablagen von 100 µm erreicht werden. CCD-Kameras können aktuell mit einer Pixelbreite von ca. 10 µm messen. Bei einer Strahlablage von 100 µm kann diese gut erfasst werden.
Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Justage eines optischen Elements in einem nicht-homozentrischen Strahlengang einer mikrolithographischen Baugruppe oder Lithographieanlage bereitgestellt. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:

a) Ermitteln der Position und/oder der Orientierung des optischen Elements unter Durchführung des Verfahrens wie vorstehend beschrieben, und
b) Positionieren und/oder Ausrichten des optischen Elements in Abhängigkeit von der ermittelten Position und/oder Orientierung.

Weiterhin wird ein Verfahren zum Herstellen eines Objektivs für eine Lithographieanlage bereitgestellt. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:

a) Durchführen des vorstehend beschriebenen Verfahrens für zumindest ein optisches Element eines ersten Teilobjektivs,
b) Durchführen des vorstehend beschriebenen Verfahrens für zumindest ein optisches Element eines zweiten Teilobjektivs,
c) Positionieren und Ausrichten eines jeweiligen optischen Elements des ersten und zweiten Teilobjektivs in Abhängigkeit von der in den Schritten a) und b) ermittelten Position und/oder Orientierung des entsprechenden optischen Elements, und
d) Zusammenfügen des ersten und zweiten Teilobjektivs zum Herstellen des Objektivs.

Das vorstehend beschriebene Verfahren ist auf drei oder mehr Teilobjektive entsprechend anwendbar. Das erste Teilobjektiv kann beispielsweise zwei oder mehr optische Elemente enthalten. Das zweite und/oder dritte Teilobjektiv kann ein oder mehr optische Elemente enthalten.
Weiterhin wird eine Vorrichtung zum Ermitteln einer Position und/oder einer Orientierung eines optischen Elements in einem nicht-homozentrischen Strahlengang einer mikrolithographischen Baugruppe bereitgestellt. Die Baugruppe weist Folgendes auf: eine Sendeeinrichtung zum Senden eines Lichtstrahls entlang des Strahlengangs, wobei eine Lage des Lichtstrahls im Raum vor dem optischen Element definiert ist, eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen des Lichtstrahls hinter dem optischen Element und eine Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln der Position und/oder der Orientierung des optischen Elements anhand des erfassten Lichtstrahls.
Die Vorrichtung kann eine erste und eine zweiten an einem Eingang bzw. Ausgang der Baugruppe befestigbare Einheit aufweisen. In einer Ausführungsform können die jeweiligen Einheiten an der Baugruppe angeflanscht werden. In einer anderen Ausführungsform werden die Einheiten an dem Sensorrahmen der herzustellenden Lithographieanlage befestigt. Die erste Einheit umfasst die Sendeeinrichtung sowie gegebenenfalls eine Weglängenmesseinrichtung zum Messen des von dem Lichtstrahl zurückgelegten Wegs zwischen dem ersten und zweiten Referenzpunkt. Weiterhin kann die erste Einheit die Lochblende mit dem Shutter und gegebenenfalls die weitere Lochblende oder den teilreflektierenden Strahlteiler mit der Erfassungseinrichtung umfassen. Die zweite Einheit enthält die Erfassungseinrichtung zum Erfassen des Lichtstrahls hinter dem optischen Element sowie gegebenenfalls den Retroreflektor und bevorzugt den Modenfilter. Die Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln der Position und/oder der Orientierung des optischen Elements kann in der ersten, zweiten oder in einer weiteren Einheit der Vorrichtung angeordnet sein.
Weiterhin wird ein Scanner für eine Lithographieanlage, EUVL-Scanner, mit einer Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, bereitgestellt.
Ein EUVL-Scanner meint einen Scanner zum Einsatz in einer EUV-Lithographieanlage. Ein solcher Scanner weist beispielsweise eine Einrichtung zur gegenläufigen Bewegung des Retikels (auch als „Retikel-Stage“ bezeichnet) und des Wafers (auch als „Wafer-Stage“ bezeichnet) auf, wodurch ein Belichtungsschlitz über das Belichtungsfeld bewegt wird.
Gemäß einer Ausführungsform des EUVL-Scanners ist das optische Element ein austauschbarer Spiegel.
Es ist also keineswegs so, dass das vorstehend beschriebene Verfahren oder die vorstehend beschriebene Vorrichtung auf die Herstellung einer Lithographieanlage beschränkt ist. Vielmehr kann von ihnen auch im Betrieb (d.h. im Lithographieprozess) der Lithographieanlage Gebrauch gemacht werden. Besonders günstig kann dies bei einem Spiegel eines Scanners erfolgen.
Weiterhin wird eine Lithographieanlage mit einer Vorrichtung oder einem Scanner, jeweils wie vorstehend beschrieben, bereitgestellt.
Soweit vorliegend auf eine Lithographieanlage Bezug genommen wird, kann es sich insbesondere um eine EUV- oder DUV-Lithograhieanlage handeln. EUV steht für "Extreme Ultraviolet" und bezeichnet eine Wellenlänge des Arbeitslichts zwischen 0,1 und 30 nm. DUV steht für "Deep Ultraviolet" und bezeichnet eine Wellenlänge des Arbeitslichts zwischen 30 und 250 nm.
Die für die vorgeschlagenen Verfahren beschriebenen Ausführungsformen und Merkmale gelten für die vorgeschlagene Vorrichtung einschließlich des Scanners entsprechend.
Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
1A zeigt eine schematische Ansicht einer EUV-Lithographieanlage;
1B zeigt eine schematische Ansicht einer DUV-Lithographieanlage;
2 zeigt eine mikrolithographische Baugruppe samt einer Vorrichtung zum Ermitteln einer Position und Orientierung eines optischen Elements der Baugruppe in schematischer Ansicht;
3 zeigt einen Zustand bei dejustiertem optischem Element in schematischer Ansicht;
4 zeigt die Anordnung aus 2, jedoch mit einem zusätzlich vorgesehenen Weglängenmesssystem;
5 zeigt das Prinzip aus 4 mit einem dejustierten optischen Element;
6 zeigt eine Lochblende mit einem Shutter in perspektivischer Ansicht;
7 zeigt die Lochblende aus 6 ergänzt um eine weitere Lochblende in perspektivischer Ansicht;
8 zeigt die Lochblende aus 6 ergänzt um einen teilreflektierenden Strahlteiler sowie eine Erfassungseinrichtung in perspektivischer Ansicht;
9 zeigt einen Retroreflektor samt Erfassungseinrichtung in einer schematischen Seitenansicht;
10 zeigt einen Spiegel mit an diesen konstruierten Tangentialebenen;
11A und 11B illustrieren ein Verfahren zum Auffädeln optischer Elemente entlang eines Strahlengangs; und
12 zeigt schematisch ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist. Soweit ein Bezugszeichen vorliegend mehrere Bezugslinien aufweist, heißt dies, dass das entsprechende Element mehrfach vorhanden ist. Bezugszeichenlinien, die auf verdeckte Details weisen, sind gestrichelt dargestellt. Ferner sollte beachtet werden, dass die Darstellungen in den Figuren nicht notwendigerweise maßstabsgerecht sind.
1A zeigt eine schematische Ansicht einer EUV-Lithographieanlage 100A, welche ein Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 102 und ein Projektionssystem 104 umfasst. Dabei steht EUV für „extremes Ultraviolett“ (Engl.: extreme ultraviolet, EUV) und bezeichnet eine Wellenlänge des Arbeitslichts zwischen 0,1 und 30 nm. Das Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 102 und das Projektionssystem 104 sind jeweils in einem nicht gezeigten Vakuum-Gehäuse vorgesehen, wobei jedes Vakuum-Gehäuse mit Hilfe einer nicht dargestellten Evakuierungsvorrichtung evakuiert wird. Die Vakuum-Gehäuse sind von einem nicht dargestellten Maschinenraum umgeben, in welchem die Antriebsvorrichtungen zum mechanischen Verfahren bzw. Einstellen der optischen Elemente vorgesehen sind. Ferner können auch elektrische Steuerungen und dergleichen in diesem Maschinenraum vorgesehen sein.
Die EUV-Lithographieanlage 100A weist eine EUV-Lichtquelle 106A auf. Als EUV-Lichtquelle 106A kann beispielsweise eine Plasmaquelle (oder ein Synchrotron) vorgesehen sein, welche Strahlung 108A im EUV-Bereich (extrem ultravioletter Bereich), also z.B. im Wellenlängenbereich von 5 nm bis 20 nm, aussendet. Im Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 102 wird die EUV-Strahlung 108A gebündelt und die gewünschte Betriebswellenlänge aus der EUV-Strahlung 108A herausgefiltert. Die von der EUV-Lichtquelle 106A erzeugte EUV-Strahlung 108A weist eine relativ niedrige Transmissivität durch Luft auf, weshalb die Strahlführungsräume im Strahlungs- und Beleuchtungssystem 102 und im Projektionssystem 104 evakuiert sind.
Das in 1A dargestellte Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 102 weist fünf Spiegel 110, 112, 114, 116, 118 auf. Nach dem Durchgang durch das Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 102 wird die EUV-Strahlung 108A auf die Photomaske (Engl.: reticle) 120 geleitet. Die Photomaske 120 ist ebenfalls als reflektives optisches Element ausgebildet und kann außerhalb der Systeme 102, 104 angeordnet sein. Weiter kann die EUV-Strahlung 108A mittels eines Spiegels 122 auf die Photomaske 120 gelenkt werden. Die Photomaske 120 weist eine Struktur auf, welche mittels des Projektionssystems 104 verkleinert auf einen Wafer 124 oder dergleichen abgebildet wird.
Das Projektionssystem 104 (auch als Projektionsobjektiv bezeichnet) weist sechs Spiegel M1–M6 zur Abbildung der Photomaske 120 auf den Wafer 124 auf. Dabei können einzelne Spiegel M1–M6 des Projektionssystems 104 symmetrisch zur optischen Achse 126 des Projektionssystems 104 angeordnet sein. Es sollte beachtet werden, dass die Anzahl der Spiegel der EUV-Lithographieanlage 100A nicht auf die dargestellte Anzahl beschränkt ist. Es können auch mehr oder weniger Spiegel vorgesehen sein. Des Weiteren sind die Spiegel i.d.R. an ihrer Vorderseite zur Strahlformung gekrümmt.
1B zeigt eine schematische Ansicht einer DUV-Lithographieanlage 100B, welche ein Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 102 und ein Projektionssystem 104 umfasst. Dabei steht DUV für „tiefes Ultraviolett“ (Engl.: deep ultraviolet, DUV) und bezeichnet eine Wellenlänge des Arbeitslichts zwischen 30 und 250 nm. Das Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 102 und das Projektionssystem 104 können – wie bereits mit Bezug zu 1A beschrieben – in einem Vakuumgehäuse angeordnet und/oder von einem Maschinenraum mit entsprechenden Antriebsvorrichtungen umgeben sein.
Die DUV-Lithographieanlage 100B weist eine DUV-Lichtquelle 106B auf. Als DUV-Lichtquelle 106B kann beispielsweise ein ArF-Excimerlaser vorgesehen sein, welcher Strahlung 108B im DUV-Bereich bei beispielsweise 193 nm emittiert.
Das in 1B dargestellte Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 102 leitet die DUV-Strahlung 108B auf eine Photomaske 120. Die Photomaske 120 ist als transmissives optisches Element ausgebildet und kann außerhalb der Systeme 102, 104 angeordnet sein. Die Photomaske 120 weist eine Struktur auf, welche mittels des Projektionssystems 104 verkleinert auf einen Wafer 124 oder dergleichen abgebildet wird.
Das Projektionssystem 104 weist mehrere Linsen 128 und/oder Spiegel 130 zur Abbildung der Photomaske 120 auf den Wafer 124 auf. Dabei können einzelne Linsen 128 und/oder Spiegel 130 des Projektionssystems 104 symmetrisch zur optischen Achse 126 des Projektionssystems 104 angeordnet sein. Es sollte beachtet werden, dass die Anzahl der Linsen und Spiegel der DUV-Anlage 100B nicht auf die dargestellte Anzahl beschränkt ist. Es können auch mehr oder weniger Linsen und/oder Spiegel vorgesehen sein. Des Weiteren sind die Spiegel in der Regel an ihrer Vorderseite zur Strahlformung gekrümmt.
Ein Luftspalt zwischen der letzten Linse 128 und dem Wafer 124 kann durch ein flüssiges Medium 132 ersetzt sein, welches einen Brechungsindex > 1 aufweist. Das flüssige Medium kann beispielsweise hochreines Wasser sein. Ein solcher Aufbau wird auch als Immersionslithographie bezeichnet und weist eine erhöhte photolithographische Auflösung auf.
2 zeigt eine mikrolithographische Baugruppe 200. Bei der Baugruppe 200 kann es sich beispielsweise um ein Teilobjektiv einer der Lithographieanlagen 100A, 100B, wie vorstehend erläutert, handeln.
Beispielsweise umfasst die Baugruppe 200 zwei optische Elemente 202, 204. Bei den optischen Elementen 202, 204 kann es sich beispielsweise um zwei benachbarte Spiegel M1, M2 der Lithographieanlage 100A handeln.
Jeder der Spiegel 202, 204 ist mittels eines jeweiligen Aktuators 206 gegenüber einem Tragrahmen 208 (Engl.: force frame) der Lithographieanlage 100A, 100B in bis zu sechs Freiheitsgraden (drei rotatorische und drei translatorische) beweglich, d.h. justierbar, gelagert. Die Aktuatoren 206 können beispielsweise Gewichtskraftkompensatoren und/oder Lorentz- und/oder Reluktanz-Aktuatoren umfassen.
Die Spiegel 202, 204 sind nun mit ihren jeweiligen optisch aktiven Flächen 210 gegenüber einem Sensorrahmen (Engl.: sensor frame) 212, welcher als allgemeine Referenz dient, auszurichten. Der Sensorrahmen 212 und der Tragrahmen 208 sind voneinander mechanisch entkoppelt, was insbesondere durch eine sehr weiche Dämpfung verwirklicht wird.
Weiterhin zeigt 2 eine Vorrichtung 214 zur Ermittlung einer Position und Orientierung der Spiegel 202, 204. Die Vorrichtung 214 umfasst eine Sendeeinrichtung 215 zum Senden ein oder mehrerer Lichtstrahlen L₁, L₂ und L₃ entlang eines (Betriebs-)Strahlgangs 218 der Baugruppe 200. Die Lage der Lichtstrahlen L₁, L₂, L₃ ist im Raum vor einem jeweiligen Spiegel 202, 204 definiert. Die Vorrichtung 214 bzw. deren Bestandteile können an den Tragrahmen 208 angeflanscht und auf den Sensorrahmen 214 referenziert sein.
Weiter umfasst die Vorrichtung 214 eine Erfassungseinrichtung 216 zum Erfassen der Lichtstrahlen L₁, L₂, L₃ hinter den Spiegeln 202, 204.
Ferner umfasst die Vorrichtung 214 eine Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln der Position und der Orientierung der Spiegel 202, 204 anhand der erfassten Lichtstrahlen L₁, L₂, L₃. Die Ermittlungseinrichtung 220 kann signaltechnisch mit den Aktuatoren 206 der Spiegel 202, 204 gekoppelt sein, um diese in Abhängigkeit von dem Ermittlungsergebnis zu positionieren.
Bezug nehmend auf die 2 und 12 wird nun ein Verfahren zum Ermitteln der Position und Orientierung der Spiegel 202, 204 beschrieben. Die Besonderheit der mikrolithographischen Baugruppe 200 ist nämlich, dass der Strahlengang 218 nicht-homozentrisch ausgebildet ist. Das heißt, die Lichtstrahlen L₁, L₂, L₃ sind weder parallel noch laufen sie auf einen Punkt zusammen. Noch anders ausgedrückt lässt sich an einem Ausgang 221 der Baugruppe 200 keine Bildebene bzw. Zwischenbildebene in Bezug auf einen Eingang 222 der Baugruppe 200 finden. Das Verfahren sieht nun Folgendes vor:
In einem Schritt S₁ werden Lichtstrahlen L₁, L₂, L₃ entlang des Strahlengangs 218 gesendet, wobei deren Lage im Raum – zumindest vor dem Spiegel 202 – definiert ist. In einem Schritt S₂ werden die Lichtstrahlen L₁, L₂, L₃ von der Erfassungseinrichtung 216 hinter den Spiegeln 202, 204 erfasst.
In einem Schritt S₃ wird die Position und Orientierung der Spiegel 202, 204 anhand der erfassten Lichtstrahlen L₁, L₂, L₃ ermittelt, was mit Hilfe der Ermittlungseinrichtung 220 erfolgt.
Bei den Lichtstrahlen L₁, L₂, L₃ handelt es sich insbesondere um Laserlichtstrahlen. Entsprechend ist die Sendeeinrichtung 215 bevorzugt als Laser ausgebildet. Die Erfassungseinrichtung 216 kann als CCD-Kamera ausgebildet sein. Die Ermittlungseinrichtung 220 kann als Rechnereinrichtung implementiert sein.
Im Schritt S₂ kann nun vorgesehen sein, dass eine Ist-Strahlablage IA – lediglich in 2 für den Lichtstrahl L₁ illustriert – auf der Erfassungseinrichtung 216 mit einer Soll-Strahlablage SA – ebenfalls nur für den Lichtstrahl L₁ illustriert – verglichen wird. Die Ermittlungseinrichtung 220 kann dann in dem Schritt S₃ die Position und Orientierung der Spiegel 202, 204 in Abhängigkeit von dem Vergleich der Ist-Strahlablagen IA mit der Soll-Strahlablagen SA ermitteln.
Ist die Erfassungseinrichtung 216 beispielsweise in der Ebene x, y ortsauflösend ausgebildet, so genügen die dargestellten drei Lichtstrahlen L₁, L₂, L₃, um die Spiegel 202, 204 in Bezug auf alle sechs Freiheitsgrade auszumessen.
Da auch die verwendeten Laserlichtstrahlen L₁, L₂, L₃ aufgrund ihrer Wechselwirkung mit den Spiegeln 202, 204 eine gewisse, wenn auch kleine, Zerstreuung erfahren, kann es vorteilhaft sein, vorab, d.h. vor Schritt S₁, die Soll-Strahlablage SA in Form von Zerstreuungsscheiben mathematisch-optisch zu ermitteln. Fließt eine derart ermittelte Soll-Strahlablage SA in die Ermittlung nach Schritt S₃ ein, so kann eine höhere Messgenauigkeit erzielt werden.
Wie in 3 für den Lichtstrahl L₁ und die Spiegel 202 dargestellt, führt eine Dejustage des Spiegels 202 – die Dejustage-Position ist mit 202' angedeutet – zu einem veränderten Lichtstrahl L₁'. Gleichwohl kann sich dabei die Ist-Strahlablage IA auf der Erfassungseinrichtung 216 nicht verändern, d.h. unverändert bleiben. Um insoweit eine genaue Messung zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, zusätzlich eine Weglängenmessung vorzusehen, wie in 4 illustriert.
4 zeigt im Grundsatz die Anordnung aus 2, wobei diese jedoch um ein Weglängenmesssystem ergänzt ist, das Teil der Vorrichtung 214 ist. Mit Hilfe des Weglängenmesssystems 400 wird ein Weg W zwischen einem ersten und einem zweiten Referenzpunkt R₁, R₂ gemessen. Der erste Referenzpunkt R₁ liegt im Strahlengang 218 vor, dem Spiegel 202, der zweite Referenzpunkt R₂ hinter demselbigen. Der Weg W ergibt sich nun als Summe der Teilwege g und h, wobei der Teilweg g die Strecke von dem ersten Referenzpunkt zu dessen Reflexionspunkt RP auf dem Spiegel 202 und der Teilweg h die Strecke von dem Reflexionspunkt RP zu dem zweiten Referenzpunkt R₂ ist.
Der Referenzpunkt R₁ wird dabei durch eine Lochblende 600, wie in 6 gezeigt, definiert. Das Loch 602 der Lochblende 600 ist mit Hilfe eines Shutters 604 abdeckbar. Dazu kann der Shutter 604 beispielsweise verschwenkbar gelagert vorgesehen sein. Mittels des Shutters 604 ist die Weglänge 0 definierbar. Dazu kann der Shutter lichtstreuend, lichtbeugend, lichtspiegelnd oder teilreflektierende ausgebildet sein. Eine Ausführung des Shutters 604 als lichtbeugender Shutter kann vorteilhaft sein, um die Intensität des zurücklaufenden Lichts zu erhöhen. Beispielsweise kann der Shutter als Littrow-Gitter ausgebildet sein.
Weiterhin ist vorgesehen, dass die Lage des Lichtstrahls L₁ im Raum vor dem Spiegel 202 definiert wird. Dies kann beispielsweise durch eine der Lochblende 600 vorgeschaltete und in 7 gezeigte weitere Lochblende 700 erreicht werden.
Alternativ dazu kann ein in 8 gezeigter Strahlteiler 800 sowie eine ortsauflösende Erfassungseinrichtung 802 (zweite Erfassungseinrichtung) vorgesehen sein. Diese Ausführungsform ist auch in 4 angedeutet. Mit Hilfe des teilreflektierenden Strahlteilers 800 wird ein Lichtzeiger 804 erzeugt, welcher eine Strahlablage SA₂ auf der Erfassungseinrichtung 802 aufweist. Aus dieser Strahlablage SA₂ kann die Ermittlungseinrichtung 220 die Lage des Strahls L₁ in dem ersten Referenzpunkt R₁ ermitteln.
Der zweite Referenzpunkt R₂ ist mit Hilfe eines Retroreflektors gebildet. Der Retroreflektor kann beispielsweise als Triple-Prisma oder als ein Linsenraster mit in Fokusnähe einer jeweiligen Linse angeordnetem Hohlspiegel sein. Der Retroreflektor reflektiert den Lichtstrahl L₁ auf gleichem Wege zurück in das Weglängenmesssystem 400. Das Weglängenmesssystem 400 kann entsprechend mittels Interferometrie, insbesondere optischer Kohärenztomographie, den Weg W (= g + h) ermitteln.
Der Retroreflektor ist in 9 mit 900 bezeichnet und dort als Triple-Prisma ausgeführt. Wie in 9 zu erkennen, sollte das Triple-Prisma 900 lateral klein dimensioniert sein, um einen Versatz V zwischen einfallendem und zurückreflektiertem Lichtstrahl L₁ möglichst gering zu halten. Da das Triple-Prisma 900 teilreflektierend ausgeführt ist, fällt der Lichtstrahl L₁ durch das Triple-Prisma 900 hindurch auf die Erfassungseinrichtung 216. Zwischen der Erfassungseinrichtung 216 und dem Triple-Prisma 900 kann ferner ein Modenfilter 902 angeordnet sein, welcher Aberrationen in dem Lichtstrahl L₁ glättet.
Nun zurückkehrend zu 4 ergibt sich, dass der Reflexionspunkt RP des Lichtstrahls L₁ auf dem Spiegel 202 auf einer Ellipse E liegen muss, deren Brennpunkte mit den Referenzpunkten R₁ und R₂ zusammenfallen. Mit Hilfe des Wegs W lässt sich auch die Exzentrizität der Ellipse E bestimmen, so dass deren Geometrie gänzlich definiert ist. Da nun weiterhin die Lage des Lichtstrahls L₁ vor dem Spiegel 202 definiert ist, wie vorstehend beschrieben, kann der Reflexionspunkt RP als Schnittpunkt der mit g bezeichneten Teilstrecke und der Ellipse E eindeutig bestimmt werden. Da am Reflexionspunkt RP Einfallswinkel α = Ausfallswinkel β gilt, ist somit der gesamte Lichtstrahl L₁ geometrisch definiert. Ferner kann somit eine Tangente T an die Ellipse E aufgefunden werden, welche den Reflexionspunkt RP enthält.
Weist der Spiegel 202 eine von der Soll-Lage dejustierte Ist-Lage 202' auf (siehe 5), so differiert die Ist-Ablage IA von der Soll-Ablage SA des Lichtstrahls L₁ auf der Erfassungseinrichtung 216. Indem die Tangenten T bzw. T' in Übereinstimmung gebracht werden – dies durch entsprechende Ansteuerung der Aktuatoren 206 – wird der Spiegel 202 in seine Soll-Lage justiert. Dabei wird, wie in Zusammenhang mit 4 beschrieben, die mit Hilfe des Weglängenmesssystems 400 gewonnene Information in dem Ermittlungsschritt S₃ (siehe 12) mit berücksichtigt.
Genauso können mit Hilfe des in den 4 und 5 dargestellten Ansatzes Tangenten T, T' an einen Spiegel 202 aufgefunden werden, welcher eine nicht-symmetrische Freiformfläche aufweist. Die Tangentialebenen T, T' sind dabei nicht-koplanar ausgerichtet. Dies ist in 10 gezeigt. Mithilfe von nur zwei Tangentialebenen T, T' lässt sich die Position und Ausrichtung des Spiegels 202 eindeutig ermitteln.
Die 11A und 11B zeigen ein Verfahren zum Auffädeln von Spiegeln 202, 204 entlang eines Strahlengangs 218.
In 11A wird zunächst der Spiegel 202 mit Hilfe des vorstehend beschriebenen Verfahrens gemäß der Schritt S₁–S₃ positioniert und ausgerichtet, also justiert. In einem weiteren Schritt wird ein Spiegel 204 vorgesehen. Dieser wird wiederum unter Ausführung der Schritte S₁–S₃ positioniert und ausgerichtet, also justiert. Dabei wird die Erfassungseinrichtung 216 nach und nach entlang des Strahlengangs verschoben.
In 1A ist außerdem gezeigt, dass die Lithographieanlage 100A einen schematisiert angedeuteten Scanner 134 aufweisen kann. Eine Position und/oder Orientierung eines austauschbaren Spiegels oder eines sonstigen Elements des Scanners 134 kann unter Anwendung des Verfahrens gemäß den Schritten S₁–S₃ ermittelt werden. Anschließend kann das entsprechende Element in Abhängigkeit von der ermittelten Position und/oder Orientierung positioniert und/oder ausgerichtet werden. Dazu kann der Scanner 134 die Vorrichtung 214 aufweisen.
Obwohl die Erfindung vorliegend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf keineswegs beschränkt, sondern vielfältig modifizierbar.
Bezugszeichenliste

100A: EUV-Lithographieanlage
100B: DUV-Lithographieanlage
102: Strahlformungs- und Beleuchtungssystem
104: Projektionssystem
106A: EUV-Lichtquelle
106B: DUV-Lichtquelle
108A: EUV-Strahlung
108B: DUV-Strahlung
110–118: Spiegel
120: Photomaske
122: Spiegel
124: Wafer
126: optische Achse
128: Linse
130: Spiegel
132: Immersionsflüssigkeit
134: Scanner
200: Baugruppe
202: Spiegel
204: Spiegel
206: Aktuator
208: Tragrahmen
210: optisch aktive Fläche
212: Sensorrahmen
214: Vorrichtung
215: Sendeeinrichtung
216: Erfassungseinrichtung
218: Strahlengang
220: Ermittlungseinrichtung
221: Ausgang
222: Eingang
400: Weglängenmesssystem
600: Lochblende
602: Loch
604: Shutter
700: weitere Lochblende
800: Strahlteiler
802: Erfassungseinrichtung
804: Lichtzeiger
900: Retroreflektor
902: Modulator
E, E': Ellipse
h, g, h', g': Teilstrecken
IA: Ist-Strahlablage
L₁, L₂, L₃, L₁': Lichtstrahl
M1–M6: Spiegel
R₁, R₂, R₁', R₂': Referenzpunkte
RP: Reflexionspunkt
S₁, S₂, S₃: Verfahrensschritte
SA: Soll-Strahlablage
SA₂: Strahlablage
T, T': Tangentialebene
x, y: Raumrichtungen
V: Versatz
W: Weg
α, β: Winkel

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

JP 2004-128307 A [0007, 0009]

Claims

Verfahren zum Ermitteln einer Position und/oder einer Orientierung eines optischen Elements (202, 204) in einem nicht-homozentrischen Strahlengang (218) einer mikrolithographischen Baugruppe (200) oder Lithographieanlage (100A, 100B), aufweisend folgende Schritte: a) Senden (S₁) eines Lichtstrahls (L₁, L₂, L₃) entlang des Strahlengangs (218), wobei eine Lage des Lichtstrahls (L₁, L₂, L₃) im Raum vor dem optischen Element (202, 204) definiert ist, b) Erfassen (S₂) des Lichtstrahls (L₁, L₂, L₃) hinter dem optischen Element (202, 204), und c) Ermitteln (S₃) der Position und/oder der Orientierung des optischen Elements (202, 204) anhand des erfassten Lichtstrahls (L₁, L₂, L₃).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei in Schritt b) eine Ist-Strahlablage (IA) des Lichtstrahls (L₁) auf einer Erfassungseinrichtung (216) hinter dem optischen Element (202, 204) erfasst wird und in Schritt c) die Ermittlung der Position und/oder der Orientierung des optischen Elements (202, 204) in Abhängigkeit eines Vergleichs der erfassten Ist-Strahlablage (IA) mit einer Soll-Strahlablage (SA) des Lichtstrahls (L₁, L₂, L₃) auf der Erfassungseinrichtung (216) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Schritte a) bis c) für mehrere Lichtstrahlen (L₁, L₂, L₃) ausgeführt werden, wobei sich die Lichtstrahlen (L₁, L₂, L₃) hinsichtlich ihrer Lage im Raum unterscheiden.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das optische Element (202, 204) sechs Freiheitsgrade aufweist, die Erfassungseinrichtung (216) dazu eingerichtet ist, die Ist-Strahlablage (IA) eines jeweiligen Lichtstrahls (L₁, L₂, L₃) in einer Ebene (x, y) zu erfassen, und die Anzahl der mehreren Lichtstrahlen (L₁, L₂, L₃) zumindest drei beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die ein oder mehreren Lichtstrahlen (L₁, L₂, L₃) Laserlichtstrahlen sind, und wobei bevorzugt vor Schritt a) die Soll-Strahlablage (SA) in Form von Zerstreuungsscheiben mathematisch-optisch ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein von dem Lichtstrahl (L₁, L₂, L₃) zwischen einem ersten Referenzpunkt (R₁) vor und einem zweiten Referenzpunkt (R₂) hinter dem optischen Element zurückgelegter Weg (W) gemessen und in Schritt c) berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Weglänge (W) absolut oder mit Hilfe von Interferometrie, insbesondere optischer Kohärenztomografie, gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei mit Hilfe des gemessenen Wegs (W) eine Ellipse (E, E') ermittelt wird, deren Brennpunkte mit dem ersten und zweiten Referenzpunkt (R₁, R₂) zusammenfallen, wobei aus der definierten Lage des Lichtstrahls (L₁) vor dem optischen Element (202, 204) und der Ellipse (E, E') eine einen Reflexionspunkt (RP) des Lichtstrahls (L₁) an dem optischen Element (202, 204) umfassende erste Tangentialebene (T) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei mit Hilfe eines weiteren Lichtstrahls (L₁') eine zweite Tangentialebene (T') ermittelt wird, welche einen Reflexionspunkt (RP) des weiteren Lichtstrahls (L₁') an dem optischen Element (202, 204) umfasst und zu der ersten Tangentialebene (T) nicht-koplanar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei der erste Referenzpunkt (R₁) mit Hilfe einer einen Shutter (604) aufweisenden Lochblende (600) gebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei zur Definition der Lage des Lichtstrahls (L₁, L₂, L₃) im Raum vor dem optischen Element (202, 204) der Lochblende (600) eine weitere Lochblende (700) oder ein teildurchlässiger Strahlteiler (800) zur Erzeugung eines Lichtzeigers (804) mit einer Erfassungseinrichtung (802) zur Erfassung des Lichtzeigers (804) vorgeschaltet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, wobei der zweite Referenzpunkt (R₂) mit Hilfe eines Retroreflektors (900), insb. ein Tripelprisma oder ein Linsenraster mit in Fokusnähe einer jeweiligen Linse angeordnetem Hohlspiegel, gebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Erfassungseinrichtung (216) zur Erfassung der Ist-Strahlablage (IA) des Lichtstrahls (L₁, L₂, L₃) hinter dem Retroreflektor (900) angeordnet ist und/oder eine Kamera, insb. eine CCD-Kamera, aufweist und/oder ein Modenfilter (902) der Erfassungseinrichtung (216) vorgeschaltet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das optische Element (202, 204) ein Spiegel ist und/oder wobei die Baugruppe (200) mehrere optische Elemente (202, 204) umfasst und/oder wobei der Strahlengang (218) mit einem Betriebsstrahlengang identisch ist und/oder wobei nach Schritt c) dem optischen Element (202) nachgeordnet ein weiteres optisches Element (204) in den Strahlengang (218) eingefügt wird und sodann die Schritte a) bis c) für das weitere optische Element (204) wiederholt werden.
Verfahren zur Justage eines optischen Elements (202, 204) in einem nicht-homozentrischen Strahlengang (218) einer mikrolithographischen Baugruppe (200) oder Lithographieanlage (100A, 100B), aufweisend folgende Schritte: a) Ermitteln (S₁–S₃) der Position und/oder der Orientierung des optischen Elements (202, 204) unter Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, und b) Positionieren und/oder Ausrichten des optischen Elements (202, 204) in Abhängigkeit von der ermittelten Position und/oder Orientierung.
Vorrichtung (214) zum Ermitteln einer Position und/oder einer Orientierung eines optischen Elements (202, 204) in einem nicht-homozentrischen Strahlengang (218) einer mikrolithographischen Baugruppe (200) oder Lithographieanlage (100A, 100B), aufweisend eine Sendeeinrichtung (215) zum Senden eines Lichtstrahls (L₁, L₂, L₃) entlang des Strahlengangs (218), wobei eine Lage des Lichtstrahls (L₁, L₂, L₃) im Raum vor dem optischen Element (202, 204) definiert ist, eine Erfassungseinrichtung (216) zum Erfassen des Lichtstrahls (L₁, L₂, L₃) hinter dem optischen Element (202, 204), und eine Ermittlungseinrichtung (220) zum Ermitteln der Position und/oder der Orientierung des optischen Elements (202, 204) anhand des erfassten Lichtstrahls (L₁, L₂, L₃).
Scanner (134) für eine Lithographieanlage (100A, 100B), insb. EUVL-Scanner, mit einer Vorrichtung (214) nach Anspruch 16.
Scanner nach Anspruch 17, wobei das optische Element (202, 204) ein austauschbarer Spiegel ist.
Lithographieanlage (100A, 100B) mit einer Vorrichtung (214) nach Anspruch 16 oder einem Scanner (134) nach Anspruch 17 oder 18.