DE102018219782A1

DE102018219782A1 - Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur an einem Punkt einer Komponente einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage

Info

Publication number: DE102018219782A1
Application number: DE102018219782.2A
Authority: DE
Inventors: Ralf Ameling; Markus Holz
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2018-11-19
Filing date: 2018-11-19
Publication date: 2019-01-10
Also published as: DE102019214582A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur an einem Punkt einer Komponente (2) einer Projektionsbelichtungsanlage (1) für die Halbleiterlithographie, wobei die Temperatur anhand einer Positionsänderung mindestens eines Teiles (31) der Komponente (2) ermittelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur an einem Punkt einer Komponente in einer Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie, insbesondere einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage.
Für den störungsfreien Betrieb einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage ist die Kenntnis der an bestimmten Punkten des Systems herrschenden Temperaturen vorteilhaft.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, mittels weniger Temperatursensoren die aktuelle Temperatur an bestimmten Punkten der Projektionsbelichtungsanlage zu ermitteln. Die bestehenden Systeme erfordern jedoch die Installation von dezidierten Sensoren, was mit einem erheblichen apparativen Aufwand verbunden ist. Insbesondere im Bereich sensibler optischer Elemente, wie beispielsweise im Bereich von im Beleuchtungssystem der Anlage verwendeten Facettenspiegeln, ist eine ortsaufgelöste zuverlässige Temperaturmessung bislang mit vertretbarem Aufwand nicht möglich. Auch eine Korrektur thermischer Drifts, wie beispielsweise thermisch induzierter ungewollter Verkippungen von Einzelfacetten eines Spiegels ist bislang nicht befriedigend gelöst.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, mit welchem lokale Temperaturänderungen in einer Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie einfacher und zuverlässiger erkannt werden können als bisher nach den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen möglich.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Verfahren mit den im unabhängigen Patentanspruch angegebenen Verfahrensschritten. Die Unteransprüche beziehen sich auf vorteilhafte Varianten und Modifikationen der Erfindung.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur an einem Punkt einer Komponente einer Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie umfasst einen Verfahrensschritt, bei welchem die Temperatur anhand einer Positionsänderung mindestens eines Teiles der Komponente ermittelt wird.
Mit anderen Worten macht sich das Verfahren zunutze, dass sich eine Änderung der Temperatur einer Komponente in eine deterministische Geometrieänderung, beispielsweise eine Längenänderung, übersetzt. Aus dem bekannten thermischen Verhalten von Komponenten der Projektionsbelichtungsanlage kann so auf eine Temperatur an einem jeweils interessierenden Ort geschlossen werden. Dadurch, dass zur Temperaturmessung die Positionsänderung einer ohnehin im System vorhandenen Komponente herangezogen wird, lassen sich vorteilhaft Bauraum und Kosten einsparen.
Dabei kann die Positionsänderung anhand der Änderung der Position eines Sensortargets in z-Richtung ermittelt werden.
Bei der Komponente kann es sich um einen Facettenspiegel, insbesondere um einen Feldfacettenspiegel handeln. Derartige Facettenspiegel, insbesondere der Feldfacettenspiegel, der im Lichtweg unmittelbar auf die Quelle folgt, weisen eine Vielzahl üblicherweise mechanisch manipulierbarer einzelner reflektierender optischer Elemente, sogenannter Spiegelfacetten auf, die auf einem typischerweise gekühlten Trägerkörper definiert gelagert und über sogenannte Stößel aktuierbar sind. Bei den Stößeln handelt es sich üblicherweise um stabförmige Fortsätze auf der der reflektiven Fläche der Spiegelfacette abgewandten Seite. Üblicherweise ist für jede Facette auch eine Sensorik vorhanden, welche zur Ermittlung aktueller geometrischer Parameter der jeweils betrachteten Spiegelfacette dient. Insbesondere können Positionssensoren vorhanden sein, mittels welcher eine Verschiebung bzw. Deformation von Komponenten der Spiegelfacette oder der zugehörigen Kinematik ermittelt werden können.
Eine vorteilhafte Wahl für die Position des Sensortargets kann dabei darin bestehen, das Sensortarget an einem Stößel einer Spiegelfacette anzuordnen. Dabei kann beispielsweise die Position eines an der reflektierenden Fläche der Spiegelfacette abgewandten Ende eines Stößels angeordneten Sensortarget beispielsweise in z-Richtung vermessen werden. Unter der z-Richtung ist dabei diejenige Raumrichtung zu verstehen, die im Wesentlichen senkrecht zur reflektierenden Oberfläche eines Feldfacettenspiegels bzw. senkrecht zur lateralen Ausdehnung seines Trägerkörpers verläuft. Das Sensortarget ist ein Referenzelement, anhand dessen der Positionssensor oder auch mehrere Positionssensoren einen Parameter wie beispielsweise die z-Position bestimmen kann bzw. können; es kann sich dabei beispielsweise um ein reflektierendes Element für optische Messungen oder leitfähige Elemente wie beispielsweise Platten bei der Verwendung elektrischer Sensoren wie beispielsweise Wirbelstromsensoren handeln.
Hieraus resultiert insbesondere die Möglichkeit, die Temperatur der Spiegelfacette wie auch des Stößels oder weiterer Elemente, wie beispielsweise von Teilen der zur Verkippung der Spiegelfacette verwendeten Kinematik, zu bestimmen, so dass thermale Störeffekte korrigiert werden können.
Üblicherweise wird die Position des Sensortargets mittels mehrerer Sensoren, die beispielsweise Induktionsspulen umfassen können, in den drei Raumrichtungen x, y und z bestimmt. Dabei hängt der Fehler der Positionsbestimmung in x-, y- und z-Richtung von der Temperatur und damit dem elektrischen Widerstand des Sensortargets ab. Der Fehler in x- und y-Richtung geht vollständig in die Bestimmung des Kippwinkels der Facette mit ein.
Auch bei einer ähnlichen oder sogar größeren Temperaturabhängigkeit des Fehlers der Positionsbestimmung in z-Richtung kann dennoch die Bestimmung der z-Position zur Verbesserung der Genauigkeit der Messung in x- und/oder y-Richtung herangezogen werden.
Wenn beispielsweise der Fehler der Positionsbestimmung durch Erwärmung des Sensortargets 10% für alle Richtungen x, y und z beträgt, liegt zunächst ein Fehler dx von 10% bei der x-y-Positionsbestimmung vor.
Um diesen thermischen Fehler dx zu korrigieren, wird nun auch die z-Position gemessen. Diese ist größtenteils von der Ausdehnung des Stößels und damit von der Temperatur abhängig.
Könnte die z-Position perfekt gemessen werden, könnte der x-y-Fehler dx komplett korrigiert werden.
Aber auch die Messung der z-Position hat einen relativen Fehler dz von z.B. 10%, sodass die Korrektur für dx im Ergebnis noch einen relativen Fehler von 10% behaftet ist. Somit hat die x-y-Messung nach der Korrektur insgesamt noch einen Fehler von 10% * 10% = 1%.
Da schon allein zur Bestimmung und Regelung der Ausrichtung der Spiegelfacetten im Betrieb der Anlage die Position des Sensortargets in z-Richtung bestimmt werden muss, erlaubt es das erfindungsgemäße Verfahren, ohne einen Eingriff in den Betrieb der Anlage während des Produktionsbetriebes der Projektionsbelichtungsanlage allein durch Auswertung ohnehin zur Verfügung stehender Parameter die Temperatur an einem bestimmten Punkt der betrachteten Komponente zu bestimmen. Weiterhin bedarf es zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens keinerlei konstruktiver Modifikation der zu überwachenden Anlage; es genügt, ohnehin bereits zur Verfügung stehende Parameter auszuwerten.
Dabei kann zur Bestimmung der Temperatur insbesondere mittels einer Embedded Control Unit (ECU) ein bekanntes thermisches Modell der betrachteten Komponente implementiert werden - beispielsweise auch für eine Mehrzahl von Spiegelfacetten über einen gesamten Facettenspiegel hinweg.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

1 schematisch eine EUV-Projektionsbelichtungsanlage, in welcher die Erfindung verwirklicht sein kann
2 einen exemplarischen Feldfacettenspiegel, anhand dessen die Erfindung realisiert werden kann

1 zeigt exemplarisch den prinzipiellen Aufbau einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage 1 für die Mikrolithographie, in welcher die Erfindung Anwendung finden kann. Ein Beleuchtungssystem der Projektionsbelichtungsanlage 1 weist neben einer Lichtquelle 3 eine Beleuchtungsoptik 4 zur Beleuchtung eines Objektfeldes 5 in einer Objektebene 6 auf. Eine durch die Lichtquelle 3 erzeugte EUV-Strahlung 14 als optische Nutzstrahlung wird mittels eines in der Lichtquelle 3 integrierten Kollektors derart ausgerichtet, dass sie im Bereich einer Zwischenfokusebene 15 einen Zwischenfokus durchläuft, bevor sie auf einen Feldfacettenspiegel 2 trifft. Nach dem Feldfacettenspiegel 2 wird die EUV-Strahlung 14 von einem Pupillenfacettenspiegel 16 reflektiert. Unter Zuhilfenahme des Pupillenfacettenspiegels 16 und einer optischen Baugruppe 17 mit Spiegeln 18, 19 und 20 werden Feldfacetten des Feldfacettenspiegels 2 in das Objektfeld 5 abgebildet.
Beleuchtet wird ein im Objektfeld 5 angeordnetes Retikel 7, das von einem schematisch dargestellten Retikelhalter 8 gehalten wird. Eine lediglich schematisch dargestellte Projektionsoptik 9 dient zur Abbildung des Objektfeldes 5 in ein Bildfeld 10 in eine Bildebene 11. Abgebildet wird eine Struktur auf dem Retikel 7 auf eine lichtempfindliche Schicht eines im Bereich des Bildfeldes 10 in der Bildebene 11 angeordneten Wafers 12, der von einem ebenfalls ausschnittsweise dargestellten Waferhalter 13 gehalten wird. Die Lichtquelle 3 kann Nutzstrahlung insbesondere in einem Wellenlängenbereich zwischen 5 nm und 120 nm emittieren.
2 zeigt schematisch und exemplarisch den Feldfacettenspiegel 2, in welchem die Erfindung verwirklicht sein kann. Der Feldfacettenspiegel 2 umfasst eine Mehrzahl beweglicher, insbesondere verkippbarer Spiegelfacetten 21, die beweglich mittels Kinematiken 22, beispielsweise Festkörpergelenke, auf einem durch Kühlkanäle 28 kühlbaren Trägerkörper 24 angeordnet sind. Durch die Bewegung beziehungsweise Verkippung der Spiegelfacetten 21 kann für den nachfolgenden Lichtweg eine bestimmte, fallbezogene Intensitätsverteilung, ein sogenanntes Setting, eingestellt werden. Die gewünschte Bewegung kann, wie im gezeigten Beispiel dargestellt, dadurch erreicht werden, dass auf einen an einem stabförmigen Fortsatz 25 an der Spiegelfacette 21, der auch als Facettenstößel bezeichnet wird, angeordneten Permanentmagneten 26 mittels elektrischer Aktuatorspulen 27 eine magnetische Kraft ausgeübt wird. Die Aktuatorspulen 27 sind dabei in einem ebenfalls mittels Kühlkanälen 28 kühlbaren Trägerkörper 24 angeordnet. Der Trägerkörper 24 weist für jeden Facettenstößel 25 eine Durchbrechung 32 auf, durch welche ein Facettenstößel 25 greift.
Durch die gezeigte Anordnung kann eine berührungslose Aktuierung der Spiegelfacetten 21 erreicht werden. Ebenfalls auf dem Trägerkörper 24 beziehungsweise auf den Aktuatorspulen 27 angeordnet sind die Positionssensoren 30, mittels welchen die räumliche Beziehung zwischen deren Sensortargets 31 und den Positionssensoren 30 und insbesondere auch die z-Position des Sensortargets 31 bestimmt werden kann.
Bei den Sensortargets 31 kann es sich, wie bereits erwähnt, beispielsweise um Spiegel oder Strichplatten im Fall der Verwendung optischer Sensoren oder um leitfähige Elemente wie beispielsweise Platten bei der Verwendung elektrischer Sensoren wie beispielsweise Wirbelstromsensoren handeln. Die Sensortargets 31 sind hierbei an dem Permanentmagneten 26 der Facettenstößel 25 angeordnet.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Sensor eine dreidimensionale Positionsmessung ermöglicht. Wie aus der Figur leicht erkennbar ist, ändert sich bei einer thermisch induzierten Längenänderung des Stößels 25 auch der Wert für die z-Position des Sensortargets 31. Eine derartige thermisch induzierte Längenänderung kann beispielsweise dadurch verursacht werden, dass sich die lokale Verteilung der strahlungsinduzierten Thermallast und damit die Temperatur auf den Spiegelfacetten 21 verändert, beispielsweise verringert. In diesem Fall würde der Abstand zwischen dem Positionssensor 30 und dem Sensortarget 31 aufgrund der dadurch hervorgerufenen Verkürzung des Stößels 25 ansteigen. Damit eröffnet sich die Möglichkeit, mit den ohnehin bereits vorhandenen Positionssensoren 30 auf die Temperatur am Ort des Sensortargets 31 oder auch an einem anderen Ort der Spiegelfacette 21 auf Basis einer thermischen Modellierung der Spiegelfacette zurück zu schließen. Aus den so gewonnenen Werten und der Kenntnis der Temperaturabhängigkeit des Widerstandes des Sensortargets 31 kann eine Korrektur der gemessenen Verkippung der Spiegelfacette 21 vorgenommen werden. Weiterhin kann die ermittelte Temperatur dazu herangezogen werden, Rückschlüsse auf die Leistung bzw. auch die räumliche Leistungsverteilung der Lichtquelle 3 wie auch auf überhitzte oder defekte Spiegelfacetten 21 zu schließen.
Bezugszeichenliste

1: Projektionsbelichtungsanlage
2: Feldfacettenspiegel
3: Lichtquelle
4: Beleuchtungsoptik
5: Objektfeld
6: Objektebene
7: Retikel
8: Retikelhalter
9: Projektionsoptik
10: Bildfeld
11: Bildebene
12: Wafer
13: Waferhalter
14: EUV-Strahlung
15: Zwischenfokusebene
16: Pupillenfacettenspiegel
17: Optische Baugruppe
18,19,20: Spiegel
21: Spiegelfacette
22: Kinematik
23: Kühlkanal
24: Trägerkörper
25: Stößel
26: Permanentmagnet
27: Spule
28: Kühlkanal
30: Positionssensor
31: Sensortarget
32: Durchbrechung

Claims

Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur an einem Punkt einer Komponente (2) einer Projektionsbelichtungsanlage (1) für die Halbleiterlithographie, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur anhand einer Positionsänderung mindestens eines Teiles (31) der Komponente (2) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionsänderung anhand der Änderung der Position eines Sensortargets (31) in z-Richtung ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Komponente um einen Facettenspiegel (2) handelt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Facettenspiegel (2) um einen Feldfacettenspiegel handelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2-4, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensortarget (31) an einem Stößel (25) einer Spiegelfacette (21) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch einem der vorangehende Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren während des Produktionsbetriebes der Projektionsbelichtungsanlage (1) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur an einem bestimmten Punkt einer Spiegelfacette (21) durch die Anwendung eines thermischen Modells der Spiegelfacette (21) bestimmt wird.