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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorhersage einer in einer vorgegebenen Einbaulage in einem optischen System zu erwartenden gravitationsbedingten Durchbiegung eines optischen Elements, insbesondere für die Lithographie, sowie ein hierbei eingesetztes Verfahren zur Ermittlung eines E-Moduls eines optischen Elements.
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Stand der Technik
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Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise oder LCD's, angewendet. Der Mikrolithographieprozess wird in einer sogenannten Projektionsbelichtungsanlage durchgeführt, welche eine Beleuchtungseinrichtung und ein Projektionsobjektiv aufweist. Das Bild einer mittels der Beleuchtungseinrichtung beleuchteten Maske (= Retikel) wird hierbei mittels des Projektionsobjektivs auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes und in der Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnetes Substrat (z.B. ein Siliziumwafer) projiziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen.
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In für den EUV-Bereich ausgelegten Projektionsobjektiven, d.h. bei Wellenlängen von z.B. etwa 13 nm oder etwa 7 nm, werden mangels Verfügbarkeit geeigneter lichtdurchlässiger refraktiver Materialien Spiegel als optische Komponenten für den Abbildungsprozess verwendet. Typische für EUV ausgelegte Projektionsobjektive, wie z.B. aus
US 2016/0085061 A1 bekannt, können beispielsweise eine bildseitige numerische Apertur (NA) im Bereich von NA = 0.55 aufweisen und bilden ein (z.B. ringsegmentförmiges) Objektfeld in die Bildebene bzw. Waferebene ab. Mit der Erhöhung der bildseitigen numerischen Apertur (NA) geht typischerweise eine Vergrößerung der erforderlichen Spiegelflächen der in der Projektionsbelichtungsanlage eingesetzten Spiegel einher. Dies hat wiederum zur Folge, dass neben der Fertigung auch die Prüfung der Oberflächenform der Spiegel eine anspruchsvolle Herausforderung darstellt. Hierbei kommen zur hochgenauen Prüfung der Spiegel insbesondere interferometrische Messverfahren zum Einsatz.
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4 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung des möglichen Aufbaus einer interferometrischen Prüfanordnung zur Prüfung eines Spiegels.
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Gemäß 4 tritt die von einer (nicht dargestellten) Lichtquelle erzeugte und aus der Austrittsfläche eines Lichtwellenleiters 401 austretende Beleuchtungsstrahlung als Eingangswelle 405 mit einer sphärischen Wellenfront aus, durchläuft einen Strahlteiler 410 und trifft anschließend auf ein komplex kodiertes Computer-generiertes Hologramm (CGH) 420. Das CGH 420 erzeugt in Transmission im Beispiel gemäß seiner komplexen Kodierung aus der Eingangswelle 405 insgesamt vier Ausgangswellen, von denen eine Ausgangswelle als Prüfwelle auf die Oberfläche des Testobjekts in Form eines Spiegels 440 mit einer an die Sollform der Oberfläche dieses Spiegels 440 angepassten Wellenfront auftrifft. Des Weiteren erzeugt das CGH 420 aus der Eingangswelle 405 in Transmission drei weitere Ausgangswellen, von denen jede auf jeweils ein weiteres reflektives optisches Element 431, 432 bzw. 433 trifft. Mit „435“ ist ein Shutter bezeichnet. Das CGH 420 dient auch zur Überlagerung der vom Testobjekt bzw. Spiegel 440 reflektierten Prüfwelle sowie der von den Elementen 431-433 reflektierten Referenzwellen, welche als konvergente Strahlen wieder auf den Strahlteiler 410 treffen und von diesem in Richtung einer als CCD-Kamera ausgelegten Interferometerkamera 460 reflektiert werden, wobei sie ein Okular 450 durchlaufen. Die Interferometerkamera 460 erfasst ein durch die interferierenden Wellen erzeugtes Interferogramm, aus welchem über eine (nicht dargestellte) Auswerteeinrichtung die tatsächliche Form der optischen Oberfläche des Testobjekts 440 bestimmt wird.
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Ein bei der Bestimmung des Oberflächenprofils bzw. der Passe (d.h. der Abweichung von einer vorgegebenen Sollform der Oberfläche) des optischen Elements z.B. in der vorstehend beschriebenen Prüfanordnung auftretendes Problem ist, dass sich je nach optischem Element bzw. Prüfling die in der Prüfanordnung gegebene Messlage von der tatsächlichen Einbaulage unterscheidet, welche das fertige optische Element letztendlich im jeweiligen optischen System (z.B. der Projektionsbelichtungsanlage) einnimmt. Da der Unterschied zwischen Messlage in der Prüfanordnung einerseits und Einbaulage im jeweiligen optischen System andererseits dazu führt, dass auch die jeweilige gravitationsbedingte Durchbiegung des optischen Elements in beiden Lagen unterschiedlich ist, ist es erforderlich, den aus den unterschiedlichen Konfigurationen resultierenden systematischen Fehler vorherzusagen bzw. vorauszuberechnen.
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5 zeigt zur Veranschaulichung eines lediglich beispielhaften Szenarios in stark vereinfachter Darstellung sowohl eine für eine horizontale Messlage resultierende Biegelinie 510 als auch eine für eine vertikale Einbaulage resultierende Biegelinie 520 sowie den sich hieraus ergebenden, durch die Linie 530 dargestellten systematischen Fehler.
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Für eine korrekte Vorhersage der im jeweiligen optischen System zu erwartenden gravitationsbedingten Durchbiegung sowie zur gegebenenfalls hiervon abhängigen Oberflächenbearbeitung (z.B. finalen Politur) des optischen Elements ist es erforderlich, den vorstehend beschriebenen systematischen Fehler (entsprechend der Linie 530 in 5) korrekt vorherzusagen, was in der Praxis z.B. basierend auf analytischen Berechnungen bzw. FEM-Simulationen erfolgt. Diese Berechnungen bzw. Simulationen erfordern wiederum eine möglichst genaue Kenntnis diverser Materialparameter wie z.B. Dichte, Querkontraktion und E-Modul des jeweiligen optischen Elements. Dabei stellt insbesondere die Bestimmung des E-Moduls bei als Spiegelsubstratmaterial zum Einsatz kommenden spröden Materialien mit der in Lithographieanwendungen geforderten hohen Genauigkeit in der Praxis eine anspruchsvolle Herausforderung dar.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Vor dem obigen Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Vorhersage einer in einer vorgegebenen Einbaulage in einem optischen System zu erwartenden gravitationsbedingten Durchbiegung eines optischen Elements, insbesondere für die Lithographie, sowie ein hierbei eingesetztes Verfahren zur Ermittlung eines E-Moduls eines optischen Elements bereitzustellen, welche eine erhöhte Vorhersagegenauigkeit unter zumindest teilweiser Vermeidung der vorstehend beschriebenen Probleme ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Vorhersage einer in einer vorgegebenen Einbaulage in einem optischen System zu erwartenden gravitationsbedingten Durchbiegung eines optischen Elements weist folgende Schritte auf:
- - Ermitteln, in wenigstens einer Messung, eines Verformungsprofils und/oder einer Wellenfrontwirkung des optischen Elements in einer interferometrischen Messanordnung;
- - Ermitteln des E-Moduls des optischen Elements basierend auf dem Ergebnis der wenigstens einen durchgeführten Messung; und
- - Vorhersage der in der vorgegebenen Einbaulage in dem optischen System zu erwartenden gravitationsbedingten Durchbiegung des optischen Elements basierend auf dem ermittelten E-Modul.
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Gemäß einer Ausführungsform unterscheidet sich eine bei der Messung bestehende Messlage des optischen Elements in der interferometrischen Messanordnung von der vorgegebenen Einbaulage im optischen System.
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Der Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, zur Vorhersage der in einer vorgegebenen Einbaulage zur erwartenden gravitationsbedingten Durchbiegung eine möglichst genaue Absolutbestimmung des E-Moduls des betreffenden optischen Elements durchzuführen, wofür wiederum erfindungsgemäß unterschiedliche Ausführungsformen beschrieben werden.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung werden die mit einer interferometrischen Messanordnung (z.B. einer Prüfanordnung mit dem anhand von 4 beschriebenen Aufbau) erzielten Messergebnisse für die Passe bzw. die hieraus resultierenden Wellenfronteigenschaften oder -fehler selbst herangezogen, um anhand eines iterativ durchgeführten Vergleichs zwischen diesen Messergebnissen einerseits und den Ergebnissen von auf Basis vorgegebener Materialparameter einschließlich E-Modul andererseits durchgeführten Simulationen andererseits letztlich das der Vorhersage der in der Einbaulage zur erwartenden gravitationsbedingten Durchbiegung zugrundegelegte E-Modul zu bestimmen.
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In weiteren Ausführungsformen erfolgt die Ermittlung eines Verformungsprofils bzw. der Passe des optischen Elements in einer Mehrzahl von Messungen, welche sich entweder hinsichtlich des Standorts der interferometrischen Messanordnung oder hinsichtlich des in der interferometrischen Messanordnung vorliegenden Drucks voneinander unterscheiden, wobei dann das der Vorhersage der in der Einbaulage zu erwartenden gravitationsbedingten Durchbiegung zugrundegelegte E-Modul basierend auf dem Unterschied zwischen den bei diesen Messungen erhaltenen Ergebnissen bzw. Verformungsprofilen ermittelt wird.
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Dabei liegt der Erfindung gemäß diesem Aspekt u.a. die Überlegung zugrunde, dass die Wahl unterschiedlicher Standorte für die jeweilige interferometrischen Messanordnung mit einer gewissen Variation der Gravitationsbeschleunigung und damit dem Erhalt unterschiedlicher Biegelinien bei gravitationsbedingter Durchbiegung des optischen Elements einhergeht, wobei letztlich aus dem Unterschied der erhaltenen Oberflächen- bzw. Verformungsprofile auf das E-Modul des optischen Elements geschlossen werden kann. In analoger Weise führt auch die Variation des in der interferometrischen Messanordnung vorliegenden Drucks (welche beispielhaft und größenordnungsmäßig einige 10Pa oder einige 100Pa erfolgen kann) zu einem Unterschied im jeweils erhaltenen Oberflächenprofil, wobei aus diesem Unterschied ebenfalls auf das E-Modul des optischen Elements geschlossen werden kann.
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In Ausführungsformen der Erfindung werden die vorstehend beschriebenen Schritte zur Vorhersage der in der Einbaulage zur erwartenden gravitationsbedingten Durchbiegung für eine Mehrzahl von Prüflingen ein- und desselben Spiegeltyps durchgeführt, wobei diese Prüflinge z.B. jeweils für den Einsatz in ein- und derselben Position innerhalb eines Projektionsobjektivs einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage bestimmt sein können. Auf diese Weise können fertigungsbedingte Unterschiede der Prüflinge bzw. Toleranzen z.B. in der Geometrie und/oder der Masse berücksichtigt werden, so dass letztlich auch eine verbesserte Vorhersage der Verformung für den betreffenden Spiegeltyp erzielt werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform wird auf Basis der Vorhersage der in der vorgegebenen Einbaulage in dem optischen System zu erwartenden gravitationsbedingten Durchbiegung eine Oberflächenbearbeitung (z.B. finale Politur) des optischen Elements durchgeführt.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das optische Element ein Spiegel.
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Das optische Element kann insbesondere für eine Arbeitswellenlänge von weniger als 30nm, insbesondere weniger als 15nm, ausgelegt sein.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das optische Element ein optisches Element einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Figurenliste
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Es zeigen:
- 1-3 Diagramme zur Erläuterung unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung;
- 4 eine schematische Darstellung eines möglichen Aufbaus einer interferometrischen Prüfanordnung;
- 5 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines der Erfindung zugrundeliegenden Problems; und
- 6 eine schematische Darstellung einer für den Betrieb im EUV ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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6 zeigt zunächst eine schematische Darstellung einer beispielhaften für den Betrieb im EUV ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage.
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Gemäß 6 weist eine Beleuchtungseinrichtung in einer für EUV ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage 610 einen Feldfacettenspiegel 603 und einen Pupillenfacettenspiegel 604 auf. Auf den Feldfacettenspiegel 603 wird das Licht einer Lichtquelleneinheit, welche eine Plasmalichtquelle 601 und einen Kollektorspiegel 602 umfasst, gelenkt. Im Lichtweg nach dem Pupillenfacettenspiegel 604 sind ein erster Teleskopspiegel 605 und ein zweiter Teleskopspiegel 606 angeordnet. Im Lichtweg nachfolgend ist ein Umlenkspiegel 607 angeordnet, der die auf ihn treffende Strahlung auf ein Objektfeld in der Objektebene eines sechs Spiegel 621-626 umfassenden Projektionsobjektivs lenkt. Am Ort des Objektfeldes ist eine reflektive strukturtragende Maske 631 auf einem Maskentisch 630 angeordnet, die mit Hilfe des Projektionsobjektivs in eine Bildebene abgebildet wird, in welcher sich ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes Substrat 641 auf einem Wafertisch 640 befindet.
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Bei dem in den weiteren Ausführungsformen genannten und hinsichtlich seines E-Moduls bzw. der zu erwartenden gravitationsbedingten Durchbiegung charakterisierten optischen Element kann es sich z.B. um einen beliebigen Spiegel der Projektionsbelichtungsanlage 610 handeln.
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Den im Weiteren beschriebenen Ausführungsformen ist gemeinsam, dass zur Vorhersage der in einer vorgegebenen Einbaulage zur erwartenden gravitationsbedingten Durchbiegung des jeweiligen optischen Elements eine Absolutbestimmung des E-Moduls durchgeführt wird, wobei zunächst wenigstens eine Messung eines Verformungsprofils und/oder einer Wellenfrontwirkung des optischen Elements in einer interferometrischen Messanordnung durchgeführt wird.
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Unter Bezugnahme zunächst auf 1 wird hierzu in einer ersten Ausführungsform das betreffende optische Element in einer von der Einbaulage im optischen System verschiedenen Messanlage in einer interferometrischen Messanordnung z.B. mit dem anhand von 4 beschriebenen Aufbau positioniert, woraufhin für diese Messlage im Schritt S120 die aus der gravitationsbedingten Deformation des optischen Elements resultierende Passe bzw. die Wellenfrontwirkung des optischen Elements gemessen werden. Des Weiteren werden gemäß 1 in einem Schritt S130 Materialparameter (insbesondere ein Wert des E-Moduls) des optischen Elements vorgegeben, und es wird auf Basis dieser Materialparameter eine Simulation der in besagter Messlage resultierenden Passe bzw. Wellenfrontwirkung des optischen Elements in einem Schritt S140 durchgeführt. Mess- und Simulationsergebnisse werden in einem Schritt S150 miteinander verglichen, wobei die Simulation iterativ mit entsprechend angepasstem Wert des E-Moduls so lange durchgeführt wird, bis gemäß Abfrage im Schritt S160 der im Schritt S150 ermittelte Unterschied einen vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet. Sobald dies der Fall ist, wird der letzte ermittelte Wert des E-Moduls im Schritt 170 ausgegeben bzw. der Vorhersage der in der vorgegebenen Einbaulage im optischen System zu erwartenden gravitationsbedingten Durchbiegung des optischen Elements zugrundegelegt.
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In weiteren Ausführungsformen kann die Positionierung bzw. Messung in den Schritten S110, S120 für eine Mehrzahl von Prüflingen (insbesondere Prüflingen von ein- und demselben Typ, z.B. für ein- und dieselbe Einbaulage in einem Projektionsobjektiv vorgesehenen Spiegeln) durchgeführt werden, um auf diese Weise z.B. fertigungsbedingte Toleranzen hinsichtlich Prüflingsgeometrie, -masse oder -beschichtung herauszumitteln.
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2 zeigt ein Flussdiagramm zur Erläuterung einer weiteren möglichen Ausführungsform zur Ermittlung des E-Moduls des optischen Elements, welches gemäß der Erfindung der Vorhersage der in der Einbaulage im optischen System zu erwartenden gravitationsbedingten Durchbiegung des optischen Elements zugrundegelegt wird. Gemäß 2 erfolgt hierzu die Ermittlung jeweils eines Verformungsprofils des optischen Elements an unterschiedlichen Standorten (zumindest einem ersten Standort und einem hiervon verschiedenen zweiten Standort in Schritten S210 und S220), wozu eine interferometrische Messanordnung mit dem in 4 gezeigten oder auch einem beliebigen anderen geeigneten Aufbau genutzt werden kann. Aufgrund der für die in den Schritten S210 und S220 gegebenen unterschiedlichen Werte der Gravitationsbeschleunigung ergeben sich auch unterschiedliche Verformungsprofile, aus deren Unterschied wiederum auf das E-Modul des optischen Elements im Schritt S230 zurückgeschossen werden kann.
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3 zeigt eine weitere Ausführungsform, welche sich von derjenigen aus 2 dadurch unterscheidet, dass anstelle des Standorts der interferometrischen Messanordnung bzw. des bei der Messung geltenden Wertes der Gravitationsbeschleunigung der in der interferometrischen Messanordnung vorhandene Druck variiert wird. Der Wert des E-Moduls des optischen Elements wird im Schritt S330 in zu 2 analoger Weise aus dem Unterschied der erhaltenen Verformungsprofile ermittelt.
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Die vorstehend anhand von 2 bzw. 3 beschriebenen Schritte können ebenso wie im Ausführungsbeispiel von 1 für eine Mehrzahl von Prüflingen durchgeführt werden, um z.B. fertigungsbedingte Toleranzen herauszumitteln und eine weitere Erhöhung der bei der E-Modul-Bestimmung bzw. Vorhersage der zu erwartenden gravitationsbedingten Durchbiegung erreichten Genauigkeit zu erzielen.
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Wenn die Erfindung auch anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben wurde, erschließen sich für den Fachmann zahlreiche Variationen und alternative Ausführungsformen, z.B. durch Kombination und/oder Austausch von Merkmalen einzelner Ausführungsformen. Dementsprechend versteht es sich für den Fachmann, dass derartige Variationen und alternative Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung mit umfasst sind und die Reichweite der Erfindung nur im Sinne der beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalente beschränkt ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2016/0085061 A1 [0003]
- DE 102015209490 A1 [0009]
