DE102019215222A1

DE102019215222A1 - Messanordnung und Messverfahren zur Ermittlung der Position und/oder der Orientierung eines optischen Elements sowie Projektionsbelichtungsanlage

Info

Publication number: DE102019215222A1
Application number: DE102019215222.8A
Authority: DE
Inventors: Lavanya Ravi; Wolfgang Scherm
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2019-10-02
Filing date: 2019-10-02
Publication date: 2019-11-28

Abstract

Eine Messanordnung (1) zur Ermittlung der Position und/oder der Orientierung eines optischen Elements (2) mit wenigstens einer Sensoreinrichtung (9) weist einen ersten Sensor (12) und ein Messtarget (7) auf. Das Messtarget (7) ist an einer Fügefläche (17) stoffschlüssig mit dem optischen Element (2) verbunden. Der erste Sensor (12) ist von dem Messtarget (7) beabstandet positioniert. Das Messtarget (7) weist eine erste Funktionsfläche (11) auf. Der erste Sensor (12) und die erste Funktionsfläche (11) sind derart aufeinander ausgerichtet, dass zur Bestimmung einer ersten Ist-Distanz (L) die erste Funktionsfläche (11) einen Messstrahl des ersten Sensors (12) reflektiert. Die Sensoreinrichtung (9) weist einen zweiten Sensor (14) und das Messtarget (7) eine zweite Funktionsfläche (13) auf. Der zweite Sensor (14) ist von dem Messtarget (7) beabstandet positioniert. Der zweite Sensor (14) und die zweite Funktionsfläche (13) sind derart aufeinander ausgerichtet, dass die zweite Funktionsfläche (13) zur Bestimmung einer zweiten Ist-Distanz (L) einen Messstrahl des zweiten Sensors (14) reflektiert. Die zweite Funktionsfläche (13) und die erste Funktionsfläche (11) sind in einem Winkel zueinander angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Messanordnung zur Ermittlung der Position und/oder der Orientierung eines optischen Elements mit wenigstens einer Sensoreinrichtung, aufweisend einen ersten Sensor und ein Messtarget, wobei das Messtarget an einer Fügefläche stoffschlüssig mit dem optischen Element verbunden und der erste Sensor von dem Messtarget beabstandet positioniert ist, wobei das Messtarget eine erste Funktionsfläche aufweist und der erste Sensor und die erste Funktionsfläche derart aufeinander ausgerichtet sind, dass zur Bestimmung einer ersten Ist-Distanz die erste Funktionsfläche einen Messstrahl des ersten Sensors reflektiert.
Die Erfindung betrifft ferner ein Messverfahren zur Ermittlung der Position und/oder der Orientierung eines optischen Elements mit wenigstens einer Sensoreinrichtung, aufweisend einen ersten Sensor und ein Messtarget, wonach das Messtarget an einer Fügefläche stoffschlüssig mit dem optischen Element verbunden und der erste Sensor von dem optischen Element beabstandet positioniert wird, wonach der erste Sensor und das Messtarget derart aufeinander ausgerichtet werden, dass zur Bestimmung einer ersten Ist-Distanz zwischen dem ersten Sensor und dem Messtarget ein Messstrahl des ersten Sensors von einer ersten Funktionsfläche des Messtargets reflektiert wird.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithografie mit einem Beleuchtungssystem mit einer Strahlungsquelle sowie einer Optik, welche wenigstens ein optisches Element aufweist.
Aufgrund der fortschreitenden Miniaturisierung von Halbleiterschaltungen erhöhen sich die Anforderungen an Auflösung und Genauigkeit von Projektionsbelichtungsanlagen gleichermaßen. Entsprechend hohe Anforderungen werden auch an die dort verwendeten optischen Elemente, die unter anderem den Strahlengang innerhalb der Projektionsbelichtungsanlage beeinflussen, gestellt. Insbesondere auch die Anforderungen an die Positionierung der optischen Elemente, beispielsweise der Spiegel einer EUV („Extreme Ultra Violet“) - Projektionsbelichtungsanlage, sind auflösungsbedingt mittlerweile sehr hoch.
Die sich derzeit in Entwicklung befindenden EUV-Optiken sollen zudem über eine numerische Apertur (NA) verfügen, die es ermöglicht, die im Lithografie-Prozess erzielten kritischen Strukturgrößen noch weiter zu reduzieren. Die aktuellen EUV-Systeme basieren auf Optiken mit einer NA von 0,33, wohingegen die neuen Optiken über eine NA größer als 0,5 (auch als High-NA bezeichnet) verfügen sollen.
Generell benötigen immer mehr optische Elemente zusätzliche Funktionsflächen, um mechanische Referenzpunkte zu bestimmen, als Targetflächen für Sensoren oder als Anbindestellen für Sensoren.
Insbesondere bei den vorgenannten High-NA-Spiegeln einer Projektionsbelichtungsanlage muss die Position und die Bewegung aller Spiegel über Sensoren möglichst exakt bestimmt werden. Die Sensoren benötigen dabei am Spiegel exakte und driftstabile Referenz- bzw. Targetflächen (Funktionsflächen).
Aufgrund der fertigungsspezifischen Erfordernisse ist es nicht bzw. nur mit enormem Aufwand möglich, die Referenzflächen monolithisch bzw einstückig an dem optischen Element, insbesondere einem optischen Element einer Projektionsbelichtungsanlage, insbesondere einem Spiegel, herzustellen.
Bei Verwendung von Interferometern als Sensoren müssen diese Targetflächen geeignet sein, die Messstrahlen der Sensoren zu reflektieren. Die Targetflächen sind im Regelfall durch eine Verspiegelung ausgebildet. Da die Position der Targetflächen die direkte Referenz für die Spiegel darstellen, werden besonders hohe Anforderungen an die Driftstabilität gestellt, da während einer Waferbelichtung keine sonstige Korrekturmöglichkeit zur Verfügung steht.
Aus dem Stand der Technik, zum Beispiel der DE 10 2018 218 162 A1 , ist es bekannt, die Targetfläche (Funktionsfläche) auf einem von dem optischen Element unabhängigen Trägersubstrat auszubilden und das Trägersubstrat an einer Fügefläche stoffschlüssig mit dem optischen Element zu verbinden.
Die für eine Regelung erforderliche Positionserfassung der optischen Elemente einer Projektionsbelichtungsanlage kann sehr genau unter Verwendung von interferometrischen Sensoreinrichtungen erfolgen. Hierzu können optisch reflektierende sogenannte „Targetspiegel“, nachfolgend auch in verallgemeinerter Form als „Messtarget“ bezeichnet, an den optischen Elementen, beispielsweise an den Spiegeln, befestigt und deren Abstand zu einer Rahmenstruktur unter Verwendung eines Interferometers gemessen werden. Auf Grundlage dieser Abstandsmessung kann schließlich auf die Ausrichtung des optischen Elements geschlossen werden. Eine beispielhafte interferometrische Messanordnung ist aus der DE 10 2019 201 146 A1 bekannt, die eine interferometrische Messanordnung in einem optischen System, insbesondere in einem optischen System für die Mikrolithografie, betrifft.
Aufgrund der geforderten hohen Genauigkeit müssen die Positionen und/oder die Orientierungen der optischen Elemente vorzugsweise in allen sechs Freiheitsgraden präzise bestimmt werden, um Aberrationen und damit einhergehende Beeinträchtigungen des Abbildungsergebnisses zu vermeiden oder zumindest auf ein tolerierbares Maß zu reduzieren. Im Rahmen der Positionsbestimmung der optischen Elemente einer Projektionsbelichtungsanlage können zum Beispiel über eine Weglänge von einem Meter Genauigkeiten der Längenmessung im Pikometerbereich gefordert sein.
Die bekannten Fügeverfahren, um das Messtarget mit dem optischen Element zu verbinden, sind jedoch mit Nachteilen verbunden. Insbesondere zeigen die verwendeten Hilfsstoffe, insbesondere ein Klebstoff, bei Veränderung der Umgebungsbedingungen ein Driftverhalten („parasitäre Bewegung“). Dieses Driftverhalten führt beispielsweise beim bevorzugten Fügen durch Kleben zu einem Driften bzw. einer Verschiebung der Fügefläche, die über den für High-NA-Spiegel notwendigen Anforderungen liegt.
Im Betrieb einer Projektionsbelichtungsanlage kann es insbesondere durch Temperaturänderungen oder Feuchtigkeitsschwankungen zu einer Beeinträchtigung des Klebstoffs kommen, wodurch das Messtarget eine parasitäre Bewegung erfährt bzw. driftet. Diese parasitäre Targetbewegung kann schließlich zu einem nicht unwesentlichen Fehler bei der Positionsbestimmung des optischen Elements führen.
Das Problem von Feuchtigkeitsschwankungen besteht selbst bei EUV-Projektionsbelichtungsanlagen, deren Projektionsobjektiv im Betrieb einem Vakuum ausgesetzt ist, da deren Projektionsobjektiv im Rahmen von Wartungsarbeiten belüftet und nachfolgend wieder entlüftet werden muss. Bei diesem Vorgang kann der Kleber bzw. der Klebstoff Luftfeuchtigkeit aufnehmen und/oder abgeben. Die mitunter mehrere Tage dauernde Veränderung der Luftfeuchtigkeit in der Umgebung der Klebstoffverbindung(en) während der Wartung kann schließlich zu der genannten unerwünschten parasitären Bewegung des Messtargets und einer anschließenden Messabweichung führen.
Das Problem wird insbesondere auch in der DE 10 2018 218 162 A1 und der DE 10 2019 200 746 A1 beschrieben. In der DE 10 2018 218 162 A1 wird zur Vermeidung des Problems vorgeschlagen, ein Maß für die relative Feuchte in der Umgebung der Klebestelle zwischen dem optischen Element und dem Messtarget zu bestimmen und anhand dieses Maßes auf die Volumenänderung des Klebstoffs an der Klebestelle zu schließen. In der DE 10 2019 200 746 A1 wird hingegen vorgeschlagen, speziell konstruierte Messtargets zu verwenden, die eine Volumenänderung der Klebeverbindung zu kompensieren vermögen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Messanordnung zur Ermittlung der Position und/oder der Orientierung eines optischen Elements zu schaffen, bei der parasitäre Bewegungen des Messtargets weitgehend berücksichtigt werden können.
Der vorliegenden Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, ein Messverfahren zur Ermittlung der Position und/oder der Orientierung eines optischen Elements zur Verfügung zu stellen, bei dem parasitäre Bewegungen des Messtargets weitgehend berücksichtigt werden können.
Schließlich ist es auch Aufgabe der Erfindung, eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithografie bereitzustellen, bei der die Position und/oder die Orientierung eine optischen Elements mit hoher Genauigkeit erfasst werden kann, insbesondere um die Ausrichtung des optischen Elements mit hoher Präzision regeln zu können.
Die Aufgabe wird für die Messanordnung durch die in Anspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst. Hinsichtlich des Messverfahrens wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 8 gelöst. Hinsichtlich der Projektionsbelichtungsanlage wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 10 gelöst.
Die abhängigen Ansprüche und die nachfolgend beschriebenen Merkmale betreffen vorteilhafte Ausführungsformen und Varianten der Erfindung.
Die erfindungsgemäße Messanordnung zur Ermittlung der Position und/oder der Orientierung eines optischen Elements weist wenigstens eine Sensoreinrichtung, aufweisend einen ersten Sensor und ein Messtarget, auf. Das Messtarget ist an einer Fügefläche stoffschlüssig mit dem optischen Element verbunden. Der erste Sensor ist von dem Messtarget beabstandet positioniert. Das Messtarget weist eine erste Funktionsfläche auf und der erste Sensor und die erste Funktionsfläche sind derart aufeinander ausgerichtet, dass zur Bestimmung einer ersten Ist-Distanz die erste Funktionsfläche einen Messstrahl des ersten Sensors reflektiert.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Sensoreinrichtung einen zweiten Sensor und das Messtarget eine zweite Funktionsfläche aufweist, wobei der zweite Sensor von dem Messtarget beabstandet positioniert und der zweite Sensor und die zweite Funktionsfläche derart aufeinander ausgerichtet sind, dass die zweite Funktionsfläche zur Bestimmung einer zweiten Ist-Distanz einen Messstrahl des zweiten Sensors reflektiert, wobei die zweite Funktionsfläche und die erste Funktionsfläche in einem Winkel zueinander angeordnet sind.
Die Erfinder haben erkannt, dass es von Vorteil ist, ein Messtarget mit zwei Funktionsflächen auszubilden, die in einem Winkel zueinander angeordnet sind. Auf jede der Funktionsfläche ist dabei ein Sensor ausgerichtet. Wenn die parasitäre Verschiebung einer der Funktionsflächen, zum Beispiel der ersten Funktionsfläche, aufgrund der parasitären Bewegung bzw. dem Drift der stoffschlüssigen Verbindung bekannt ist oder berechnet wird, kann die parasitäre Verschiebung der anderen Funktionsfläche, zum Beispiel der zweiten Funktionsfläche, basierend auf den Daten der parasitären Verschiebung der ersten Funktionsfläche berechnet werden.
Die Erfinder haben erkannt, dass die parasitäre Bewegung der stoffschlüssigen Verbindung des Messtargets mit dem optischen Element im Wesentlichen orthogonal zur Fügefläche erfolgt. Eine parasitäre Bewegung der stoffschlüssigen Verbindung des Messtargets mit dem optischen Element führt dabei entsprechend zu einer parasitären Verschiebung einer auf dem Messtarget ausgebildeten Funktionsfläche. Daraus ergibt sich, dass sich die Ist-Distanz zwischen dem Sensor und der Funktionsfläche auf die der Sensor ausgerichtet ist, verändert, woraus, wie bereits dargestellt wurde, Messfehler bei der Bestimmung einer Bewegung des optischen Elements resultieren.
Die Erfinder haben erkannt, dass, wenn das Messtarget über eine erste Funktionsfläche und eine zweite Funktionsfläche verfügt, ein Zusammenhang zwischen der parasitären Verschiebung der ersten Funktionsfläche (orthogonal zu der ersten Funktionsfläche) und einer parasitären Verschiebung der zweiten Funktionsfläche (orthogonal zu der zweiten Funktionsfläche) besteht. Wenn die aus der parasitären Bewegung der stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem Messtarget und dem optischen Element resultierende parasitäre Verschiebung einer der Funktionsflächen bekannt oder bestimmt ist, lässt sich aus diesem Wert aufgrund eines mathematischen Zusammenhangs die parasitäre Verschiebung der anderen Funktionsfläche berechnen.
Bei den nachfolgenden Ausführungen wird zur einfacheren Nachvollziehbarkeit davon ausgegangen, dass der Wert der parasitären Verschiebung der ersten Funktionsfläche bekannt ist oder bestimmt wird und hieraus der Wert der parasitären Verschiebung der zweiten Funktionsfläche berechnet wird. Selbstverständlich könnte umgekehrt auch der Wert der parasitären Verschiebung der zweiten Funktionsfläche bestimmt werden oder bekannt sein und hieraus der Wert der parasitären Verschiebung der ersten Funktionsfläche berechnet werden.
Es sei darauf hingewiesen, dass im Rahmen der erfindungsgemäßen Lösung auch vorgesehen sein kann, dass das Messtarget eine dritte oder noch weitere Funktionsflächen aufweist. Der Wert einer parasitären Verschiebung der dritten Funktionsfläche oder einer weiteren Funktionsfläche kann aufgrund eines mathematischen Zusammenhangs, wenn der Wert der parasitären Verschiebung der ersten Funktionsfläche bekannt ist, entsprechend berechnet werden. Die Sensoreinrichtung kann in dieser Ausgestaltung einen dritten bzw. weitere Sensoren aufweisen, die entsprechend auf die dritte bzw. die weiteren Funktionsflächen ausgerichtet sind, damit ein Messstrahl entsprechend reflektiert werden kann.
Erfindungsgemäß kann eine Steuereinrichtung vorgesehen sein, welche eingerichtet ist, um einen Wert ε₁ einer parasitären Verschiebung der ersten Funktionsfläche in eine Richtung orthogonal zu der ersten Funktionsfläche zu bestimmen, der sich aus einer parasitären Bewegung der stoffschlüssigen Verbindung des Messtargets mit dem optischen Element ergibt.
Der Wert ε₁ einer parasitären Verschiebung der ersten Funktionsfläche in eine Richtung orthogonal zu der ersten Funktionsfläche kann von der Steuereinrichtung in verschiedener Art und Weise bestimmt werden. Zunächst ist es möglich, dass der Wert durch eine entsprechende Messung bekannt ist, wozu die Steuereinrichtung über eine entsprechend eingerichtete Messeinrichtung verfügen kann oder deren Ergebnis auswertet. Der Wert ε₁ kann beispielsweise dadurch berechnet werden oder bekannt sein, dass entsprechende weitere Messtargets mit entsprechenden Funktionsflächen eingesetzt werden bzw. entsprechende redundante Werte vorliegen, aus denen dann der Wert ε₁ bestimmt oder berechnet werden kann. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass an zwei entgegengesetzt ausgerichteten Flächen des optischen Elements jeweils ein Messtarget angebracht ist. Hieraus lässt sich dann der Wert ε₁ der parasitären Verschiebung der Funktionsfläche bestimmen oder berechnen. Ferner kann zur Berechnung oder Bestimmung des Werts ε₁ auch vorgesehen sein, dass mehrere Messtargets mit identisch in eine Richtung ausgerichteten Funktionsflächen nebeneinander angeordnet sind. Die Bestimmung des Werts ε₁ kann auch dadurch erfolgen, dass als Referenz ein Bereich des optischen Elements herangezogen wird, der nicht driftet und hieraus dann der Wert ε₁ der parasitären Bewegung der stoffschlüssigen Verbindung bzw. der Fügefläche bestimmt bzw. berechnet wird. Um diesen Vergleich herzustellen, kann als Referenz vorzugsweise ein starrer Körper des optischen Elements bzw. ein einstückig mit dem optischen Element ausgebildeter Bereich des optischen Elements herangezogen werden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kommt es im Grundsatz nicht darauf an, wie der Wert ε₁ einer parasitären Verschiebung der ersten Funktionsfläche in eine Richtung orthogonal zu der ersten Funktionsfläche durch eine Steuereinrichtung bestimmt wird, wesentlich ist vorliegend, dass es aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Messtargets mit einer zweiten Funktionsfläche nunmehr möglich ist, deren Wert ε₂ bei Kenntnis des Wertes ε₁ zu berechnen.
Von Vorteil ist es bei der erfindungsgemäßen Messanordnung, wenn sowohl die Fügefläche als auch die beiden Funktionsflächen derart zueinander positioniert sind, dass diese jeweils orthogonal zu einer gemeinsamen (gedachten) Basisebene ausgerichtet sind. Dadurch wird die Berechnung der Auswirkung einer parasitären Bewegung der Fügefläche auf die Funktionsflächen vereinfacht.
Erfindungsgemäß kann ferner vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung eingerichtet ist, um anhand des Wertes ε₁ der parasitären Verschiebung der ersten Funktionsfläche sowie einem Winkel α den eine Orthogonale der ersten Funktionsfläche mit einer Orthogonalen der Fügefläche einschließt und einem Winkel β den eine Orthogonalen der zweiten Funktionsfläche mit der Orthogonalen der Fügefläche einschließt, einen Wert ε₂ einer parasitären Verschiebung der zweiten Funktionsfläche in eine Richtung orthogonal zu der zweiten Funktionsfläche zu berechnen, der sich aus einer parasitären Bewegung der stoffschlüssigen Verbindung des Messtargets mit dem optischen Element ergibt.
Einen Wert ε₂ einer parasitären Verschiebung der zweiten Funktionsfläche in eine Richtung orthogonal zu der zweiten Funktionsfläche, verursacht durch die parasitäre Bewegung der stoffschlüssigen Verbindung des Messtargets mit dem optischen Element, lässt sich in besonderes einfacher Weise, wie vorstehend dargestellt, bestimmen. Der Winkel α, den die Orthogonale e1 der ersten Funktionsfläche mit der Orthogonalen e3 der Fügefläche einschließt, ist durch die konstruktive Gestaltung des Messtargets und dessen Verbindung (Fügefläche) mit dem optischen Element bekannt. Analog ist auch der Winkel β, den die Orthogonale e2 der zweiten Funktionsfläche mit der Orthogonalen e3 der Fügefläche einschließt, bekannt. Mit diesen beiden Werten und dem als bekannt oder bestimmt vorausgesetzten Wert ε₁ der parasitären Verschiebung der ersten Funktionsfläche lässt sich aufgrund des mathematischen Zusammenhangs der Wert ε₂ bestimmen. Somit kann bei der Bestimmung der Ist-Distanz zwischen der zweiten Funktionsfläche und dem zweiten Sensor die Auswirkung der parasitären Bewegung der stoffschlüssigen Verbindung berücksichtigt und das Messergebnis somit wesentlich verbessert werden.
Von Vorteil ist es, wenn die Funktionsflächen in einem Winkel von 90° zueinander angeordnet sind.
Eine Anordnung der Funktionsflächen in einem Winkel von 90° lässt sich bei dem Messtarget einerseits in besonders einfacher Weise realisieren. Andererseits lässt sich bei einer derartigen Anordnung auch der Wert ε₂ in besonders einfacher Weise berechnen. Zudem eignet sich eine Anordnung der Funktionsflächen in einem Winkel von 90° auch in besonderer Weise, um die Position und/oder die Orientierung eines optischen Elements zu bestimmen.
Erfindungsgemäß kann ferner vorgesehen sein, dass sich die Funktionsflächen in einer gemeinsamen Seitenkante des Messtargets schneiden.
Eine derartige Ausgestaltung lässt sich bei dem Messtarget in besonders einfacher Weise realisieren, insbesondere wenn die Funktionsflächen in einem Winkel von 90° zueinander angeordnet sind.
Erfindungsgemäß kann ferner vorgesehen sein, dass sich die Orthogonalen der Funktionsflächen mit der Orthogonalen der Fügefläche derart schneiden, dass die Werte der beiden Winkel α, β zusammen 90° ergeben.
Eine Ausgestaltung des Messtargets und eine Anordnung des Messtargets an dem optischen Element derart, dass die Werte der beiden Winkel α, β zusammen 90° ergeben, hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, insbesondere auch um den Wert ε₂ der parasitären Verschiebung der zweiten Funktionsfläche zu berechnen.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung eingerichtet ist, um den Wert der parasitären Verschiebung ε₂ der zweiten Funktionsfläche anhand des Zusammenhangs $ε_{2} = \frac{ε_{1}}{cos (α)} cos (β)$
zu bestimmen.
Die vorgenannte Formel gilt für 0 ≤ α < 90°. Es sei darauf hingewiesen, dass in dem Spezialfall, wenn β = 90° ist, die parasitäre Verschiebung ε₂ der zweiten Funktionsfläche 0 beträgt.
Anhand des Zusammenhangs $ε_{2} = \frac{ε_{1}}{cos (α)} cos (β)$
lässt sich der Wert der parasitären Verschiebung ε₂ der zweiten Funktionsfläche besonders einfach berechnen, wobei hierzu vorausgesetzt wird, dass die Werte der beiden Winkel α, β zusammen 90° ergeben.
Es sei darauf hingewiesen, dass auch bei anderen Winkeln bzw. Vorgaben eine Berechnung des Wertes ε₂ der parasitären Verschiebung der zweiten Funktionsfläche möglich ist, wozu der mathematische Zusammenhang entsprechend hergestellt werden muss. Der Zusammenhang kann dabei entweder rechnerisch bestimmt oder durch Messreihen empirisch ermittelt werden.
Eine Ausgestaltung der Messanordnung derart, dass das Messtarget zwei Funktionsflächen aufweist, die in einem Winkel von 90° zueinander angeordnet sind und bei denen sich die Orthogonalen der Funktionsflächen mit der Orthogonalen der Fügefläche derart schneiden, dass die Werte der beiden Winkel α, β zusammen 90° ergeben, eignet sich in besonderer Weise zur Berechnung des Werts ε₂, insbesondere wenn die Funktionsflächen und die Fügefläche orthogonal zu der bereits erwähnten Basisebene ausgerichtet sind. In diesem Fall lässt sich die vorstehend abgebildete Formel zur Berechnung von ε₂ verwenden.
Es sei darauf hingewiesen, dass auch bei einer anderweitigen Ausrichtung der Funktionsflächen oder der Fügefläche der Wert ε₂ berechnet werden kann. Die hierfür notwendig Formel wird dann gegebenenfalls mathematisch komplexer. Gegebenenfalls kann, auch gestützt auf empirisch ermittelte Messreihen, ein Zusammenhang zwischen ε₁ und ε₂ hergestellt werden. Die erfindungsgemäße Messanordnung, insbesondere die Ausbildung von zwei Funktionsflächen an dem Messtarget ermöglicht es, einen Zusammenhang zwischen dem Wert ε₁ und dem Wert ε₂ herzustellen, wodurch, verglichen mit dem Stand der Technik, eine parasitäre Bewegung der Fügefläche besser berücksichtigt werden kann, insbesondere exakter bestimmt werden kann, um zu genaueren Messergebnissen hinsichtlich der Positionierung und/oder der Ausrichtung des optischen Elements zu gelangen.
Bei dem optischen Element, mit dem das Messtarget verbunden ist, kann es sich insbesondere um eine Linse oder um einen Spiegel, vorzugsweise einer Projektionsbelichtungsanlage, insbesondere einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage, die insbesondere über eine numerische Apertur größer als 0,5 verfügt (High-NA), handeln. Hierauf ist die Erfindung jedoch nicht beschränkt. Mit der erfindungsgemäßen Lösung kann grundsätzlich die Position und/oder die Orientierung eines beliebigen optischen Elements ermittelt werden.
Die Messanordnung kann insbesondere als Interferometer-Anordnung ausgebildet sein.
Die stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Messtarget und dem optischen Element wird vorzugsweise durch einen Klebstoff hergestellt. Grundsätzlich kann jedoch auch eine andere stoffschlüssige Verbindung, beispielsweise Löten, Schweißen oder Schmelzen, eingesetzt werden. Dies kann auch von dem optischen Element abhängig sein, das mit dem Messtarget verbunden werden soll.
Es sei darauf hingewiesen, dass das Merkmal „Fügefläche“ nicht derart einschränkend zu verstehen ist, dass ein Beschichten, d. h. das Aufbringen einer festhaftenden Schicht auf die Oberfläche nur eines der Verbindungspartner, ausgeschlossen wäre. Eine stoffschlüssige Verbindung an einer Fügefläche zwischen dem Messtarget und dem optischen Element kann im Sinne der Erfindung auch durch eine Beschichtung hergestellt werden.
Von Vorteil ist es, wenn eine Messung durch die Messanordnung während des Betriebs der Projektionsbelichtungsanlage bzw. der Belichtung des Wafers, vorzugsweise fortlaufend während der Belichtung des Wafers, durchgeführt wird. Alternativ oder ergänzend kann auch vorgesehen sein, dass eine Messung durch die Messanordnung beim Setup des optischen Elements, insbesondere einer Projektionsbelichtungsanlage, erfolgt und/oder die Messung zum Einstellen des optischen Elements, insbesondere einer Projektionsbelichtungsanlage, erfolgt.
Es kann im Rahmen der Erfindung genau eine Sensoreinrichtung vorgesehen sein. Es können allerdings auch mehrere Sensoreinrichtungen vorgesehen sein, beispielsweise zwei Sensoreinrichtungen, drei Sensoreinrichtungen, vier Sensoreinrichtungen, fünf Sensoreinrichtungen, sechs Sensoreinrichtungen oder noch mehr Sensoreinrichtungen. Vorzugsweise sind genau sechs Sensoreinrichtungen vorgesehen, um vorzugsweise die Ausrichtung bzw. die Position und/oder die Orientierung des optischen Elements in allen sechs Freiheitsgraden erfassen zu können. Eine vorteilhafte Anzahl der Sensoreinrichtungen kann sich auch aus der Geometrie des optischen Elements und/oder des Gesamtsystems ergeben.
Wenigstens eine der Sensoreinrichtungen ist dabei erfindungsgemäß ausgeschaltet. Das heißt, die Sensoreinrichtung weist einen ersten und einen zweiten Sensor auf und das Messtarget der Sensoreinrichtung weist eine erste und eine zweite Funktionsfläche auf. Die weiteren Sensoreinrichtungen können gegebenenfalls ebenfalls erfindungsgemäß ausgestaltet sein oder herkömmlich, das heißt, dass die Sensoreinrichtungen jeweils nur einen Sensor und ein Messtarget mit nur einer Funktionsfläche aufweisen. Von Vorteil ist es, wenn alle Sensoreinrichtungen der Messanordnung erfindungsgemäß ausgestaltet sind.
Die Sensoren der Sensoreinrichtung können an einer dem optischen Element benachbarten Rahmenstruktur angeordnet sein. Die Rahmenstruktur kann das optische Element vorzugsweise teilweise oder vollständig umgeben. Bei der Rahmenstruktur kann es sich um einen sogenannten „Sensorframe“ handeln, der zur definierten Anordnung verschiedener Sensoren einer Projektionsbelichtungsanlage, insbesondere zur Anordnung von Sensoren zur Erfassung von Ausrichtungen optischer Elemente einer Projektionsoptik bzw. einer sogenannten „projektionsoptischen Baugruppe“ (POB) dienen kann.
Vorzugsweise sind die Sensoren der Sensoreinrichtung an der Rahmenstruktur, insbesondere an dem Sensorframe angeordnet.
Erfindungsgemäß kann eine Steuereinrichtung vorgesehen sein, die die Position und/oder die Orientierung des optischen Elements anhand der erfassten Ist-Distanzen der wenigstens einen Sensoreinrichtung berechnet. Bei der Steuereinrichtung kann es sich vorzugsweise um die Steuereinrichtung handeln, die auch den Wert ε₁ der parasitären Verschiebung der ersten Funktionsfläche bestimmt bzw. den Wert ε₂ der parasitären Verschiebung der zweiten Funktionsfläche berechnet. Es kann sich hierbei jedoch auch um unterschiedliche Steuereinrichtungen handeln.
Die Steuereinrichtung kann als Mikroprozessor ausgebildet sein. Anstelle eines Mikroprozessors kann auch eine beliebige weitere Einrichtung zur Implementierung der Steuereinrichtung vorgesehen sein, beispielsweise eine oder mehrere Anordnungen diskreter elektrischer Bauteile auf einer Leiterplatte, eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS), eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) oder eine sonstige programmierbare Schaltung, beispielsweise auch ein Field Programmable Gate Array (FPGA), eine programmierbare logische Anordnung (PLA) und/oder ein handelsüblicher Computer.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Sensoreinrichtung als interferometrische Sensoreinrichtung ausgebildet ist, wonach als Sensoren Interferometer verwendet werden, welche zur Erfassung der Ist-Distanzen auf optisch reflektierende Funktionsflächen des Messtargets ausgerichtet werden.
Die Messung kann somit vorzugsweise interferometrisch erfolgen.
Es sei erwähnt, dass sich die Erfindung grundsätzlich auch zur Verbesserung der Messgenauigkeit anders ausgebildeter Sensoreinrichtungen eignen kann, bei denen ein optisch, elektronisch oder taktil erfassbares Messtarget stoffschlüssig, insbesondere mittels einer Klebstoffverbindung an dem optischen Element befestigt wird.
Insbesondere zur Verwendung innerhalb einer Projektionsbelichtungsanlage hat sich eine interferometrische Messung bzw. ein interferometrisches Messverfahren allerdings als besonders geeignet herausgestellt.
Die Erfindung betrifft auch ein Messverfahren zur Ermittlung der Position und/oder der Orientierung eines optischen Elements mit wenigstens einer Sensoreinrichtung, aufweisend einen ersten Sensor und ein Messtarget, wonach das Messtarget an einer Fügefläche stoffschlüssig mit dem optischen Element verbunden und der erste Sensor von dem optischen Element beabstandet positioniert wird, wonach der erste Sensor und das Messtarget derart aufeinander ausgerichtet werden, dass zur Bestimmung einer ersten Ist-Distanz zwischen dem ersten Sensor und dem Messtarget ein Messstrahl des ersten Sensors von einer ersten Funktionsfläche des Messtargets reflektiert wird.
Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass die Sensoreinrichtung einen zweiten Sensor und das Messtarget eine zweite Funktionsfläche aufweist, wonach der zweite Sensor von dem Messtarget beabstandet positioniert wird und der zweite Sensor und das Messtarget derart aufeinander ausgerichtet werden, dass zur Bestimmung einer zweiten Ist-Distanz zwischen dem zweiten Sensor und dem Messtarget ein Messstrahl des zweiten Sensors von der zweiten Funktionsfläche reflektiert wird, und wonach die erste Funktionsfläche und die zweite Funktionsfläche in einem Winkel zueinander angeordnet werden.
Von Vorteil ist es, wenn zunächst ein Wert ε₁ einer parasitären Verschiebung der ersten Funktionsfläche in eine Richtung orthogonal zu der ersten Funktionsfläche bestimmt wird, der sich aus einer parasitären Bewegung der stoffschlüssigen Verbindung des Messtargets mit dem optischen Element ergibt, wonach anhand des Wertes ε₁ der parasitären Verschiebung der ersten Funktionsfläche sowie einem Winkel α zwischen einer Orthogonale e1 der ersten Funktionsfläche und einer Orthogonalen e3 der Fügefläche sowie einem Winkel β zwischen einer Orthogonalen e2 der zweiten Funktionsfläche und der Orthogonalen e3 der Fügefläche ein Wert ε₂ einer parasitären Verschiebung der zweiten Funktionsfläche in eine Richtung orthogonal zu der zweiten Funktionsfläche berechnet wird, der sich aus einer parasitären Bewegung der stoffschlüssigen Verbindung des Messtargets mit dem optischen Element ergibt.
Das erfindungsgemäße Messverfahren zur Ermittlung der Position und/oder der Orientierung eines optischen Elements hat sich als besonders geeignet herausgestellt, da (wie bereits erläutert) die parasitäre Bewegung der stoffschlüssigen Verbindung des Messtargets mit dem optischen Element Auswirkungen auf die beiden Funktionsflächen hat, die zueinander in eine Beziehung setzbar sind. Das heißt, wenn zum Beispiel ein Wert ε₁ der parasitären Verschiebung der ersten Funktionsfläche aufgrund der parasitären Bewegung der stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem Messtarget und dem optischen Element bekannt ist, hieraus ein Wert ε₂ einer parasitären Verschiebung der zweiten Funktionsfläche berechnet werden kann.
Das erfindungsgemäße Messverfahren kann vorzugsweise während des Betriebs der Gesamtanlage, beispielsweise einer Projektionsbelichtungsanlage, und/oder während der Ersteinrichtung und/oder während der Wartung der Anlage durchgeführt werden. Die Erfindung betrifft ferner eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithografie mit einem Beleuchtungssystem mit einer Strahlungsquelle sowie einer Optik, welche wenigstens ein optisches Element aufweist, und mit einer Messanordnung gemäß den vorstehenden und nachfolgenden Ausführungen.
Das bisher bestehende Problem, dass eine Drift bzw. eine parasitäre Bewegung des Messtargets, insbesondere von Interferometertargets bzw. optisch reflektierenden Messtargets, aufgrund von Temperatur- oder Feuchtigkeitsänderungen des Klebstoffs zu einem Messfehler führt, der insbesondere für High-NA POBs nicht mehr akzeptabel ist, wird durch die erfindungsgemäße Messanordnung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren gelöst.
Die Erfindung eignet sich insbesondere zur Verwendung mit einer mikrolithografischen DUV („Deep Ultra Violet“) - Projektionsbelichtungsanlage und ganz besonders zur Verwendung mit einer mikrolithografischen EUV-Projektionsbelichtungsanlage. Eine mögliche Verwendung der Erfindung betrifft auch die Immersionslithographie.
Merkmale, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Messverfahren beschrieben wurden, sind selbstverständlich auch für die Messanordnung und die Projektionsbelichtungsanlage vorteilhaft umsetzbar - und umgekehrt. Ferner können Vorteile, die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Messverfahren genannt wurden, auch auf die Messanordnung und die Projektionsbelichtungsanlage bezogen verstanden werden - und umgekehrt.
Es sei erwähnt, dass die als Stand der Technik zitierten Druckschriften DE 10 2019 201 146 A1 , DE 10 2018 218 162 A1 und DE 10 2019 200 746 A1 ergänzende Merkmale und Weiterbildungen enthalten können, die auch vorteilhaft im Rahmen der vorliegenden Erfindung umgesetzt bzw. mit der vorliegenden Erfindung kombiniert werden können. Der Inhalt der genannten Druckschriften sei aus diesem Grunde durch Bezugnahme in die vorliegende Beschreibung integriert.
Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass Begriffe wie „umfassend“, „aufweisend“ oder „mit“ keine anderen Merkmale oder Schritte ausschließen. Ferner schließen Begriffe wie „ein“ oder „das“, die auf eine Einzahl von Schritten oder Merkmalen hinweisen, keine Mehrzahl von Merkmalen oder Schritten aus - und umgekehrt.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben.
Die Figuren zeigen jeweils bevorzugte Ausführungsbeispiele, in denen einzelne Merkmale der vorliegenden Erfindung in Kombination miteinander dargestellt sind. Merkmale eines Ausführungsbeispiels sind auch losgelöst von den anderen Merkmalen des gleichen Ausführungsbeispiels umsetzbar und können dementsprechend von einem Fachmann ohne Weiteres zu weiteren sinnvollen Kombinationen und Unterkombinationen mit Merkmalen anderer Ausführungsbeispiele verbunden werden.
In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen.
Es zeigen schematisch:

1 eine EUV-Projektionsbelichtungsanlage;
2 eine DUV-Projektionsbelichtungsanlage;
3 eine immersionslithographische Projektionsbelichtungsanlage;
4 eine erfindungsgemäße Messanordnung mit einem optischen Element, zwei beispielhaften, erfindungsgemäßen Sensoreinrichtungen und einer Steuereinrichtung;
5 einen Spiegel einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage mit sechs über jeweilige Klebstoffverbindungen mit dem Spiegel verbundenen Messtargets für eine jeweilige interferometrische Sensoreinrichtung, wobei eines der Messtargets erfindungsgemäß ausgebildet ist;
6 ein Darstellung einer Sensoreinrichtung mit einem Sensor und einem Messtarget nach dem Stand der Technik,
7 eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung, wobei das Messtarget erfindungsgemäß zwei in einem Winkel zueinander angeordnete Funktionsflächen aufweist; und
8 eine Darstellung des Messtargets nach 7 mit einer Darstellung der Orthogonalen der Funktionsflächen und der Orthogonalen der Fügefläche.

1 zeigt exemplarisch den prinzipiellen Aufbau einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage 400 für die Halbleiterlithographie, für die die Erfindung Anwendung finden kann. Ein Beleuchtungssystem 401 der Projektionsbelichtungsanlage 400 weist neben einer Strahlungsquelle 402 eine Optik 403 zur Beleuchtung eines Objektfeldes 404 in einer Objektebene 405 auf. Beleuchtet wird ein im Objektfeld 404 angeordnetes Retikel 406, das von einem schematisch dargestellten Retikelhalter 407 gehalten ist. Eine lediglich schematisch dargestellte Projektionsoptik 408 dient zur Abbildung des Objektfeldes 404 in ein Bildfeld 409 in einer Bildebene 410. Abgebildet wird eine Struktur auf dem Retikel 406 auf eine lichtempfindliche Schicht eines im Bereich des Bildfeldes 409 in der Bildebene 410 angeordneten Wafers 411, der von einem ebenfalls ausschnittsweise dargestellten Waferhalter 412 gehalten ist.
Die Strahlungsquelle 402 kann EUV-Strahlung 413, insbesondere im Bereich zwischen 5 Nanometer und 30 Nanometer, emittieren. Zur Steuerung des Strahlungswegs der EUV-Strahlung 413 werden optisch verschieden ausgebildete und mechanisch verstellbare optische Elemente 415, 416, 418, 419, 420 eingesetzt. Die optischen Elemente sind bei der in 1 dargestellten EUV-Projektionsbelichtungsanlage 400 als verstellbare Spiegel in geeigneten und nachfolgend nur beispielhaft erwähnten Ausführungsformen ausgebildet.
Die mit der Strahlungsquelle 402 erzeugte EUV-Strahlung 413 wird mittels eines in der Strahlungsquelle 402 integrierten Kollektors derart ausgerichtet, dass die EUV-Strahlung 413 im Bereich einer Zwischenfokusebene 414 einen Zwischenfokus durchläuft, bevor die EUV-Strahlung 413 auf einen Feldfacettenspiegel 415 trifft. Nach dem Feldfacettenspiegel 415 wird die EUV-Strahlung 413 von einem Pupillenfacettenspiegel 416 reflektiert. Unter Zuhilfenahme des Pupillenfacettenspiegels 416 und einer optischen Baugruppe 417 mit Spiegeln 418, 419, 420 werden Feldfacetten des Feldfacettenspiegels 415 in das Objektfeld 404 abgebildet.
In 2 ist eine beispielhafte DUV-Projektionsbelichtungsanlage 100 dargestellt. Die Projektionsbelichtungsanlage 100 weist ein Beleuchtungssystem 103, eine Retikelstage 104 genannten Einrichtung zur Aufnahme und exakten Positionierung eines Retikels 105, durch welches die späteren Strukturen auf einem Wafer 102 bestimmt werden, einen Waferhalter 106 zur Halterung, Bewegung und exakten Positionierung des Wafers 102 und eine Abbildungseinrichtung, nämlich ein Projektionsobjektiv 107, mit mehreren optischen Elementen 108, die über Fassungen 109 in einem Objektivgehäuse 140 des Projektionsobjektivs 107 gehalten sind, auf.
Die optischen Elemente 108 können als einzelne refraktive, diffraktive und/oder reflexive optische Elemente 108, wie z. B. Linsen, Spiegel, Prismen, Abschlussplatten und dergleichen, ausgebildet sein.
Das grundsätzliche Funktionsprinzip der Projektionsbelichtungsanlage 100 sieht vor, dass die in das Retikel 105 eingebrachten Strukturen auf den Wafer 102 abgebildet werden.
Das Beleuchtungssystem 103 stellt einen für die Abbildung des Retikels 105 auf den Wafer 102 benötigten Projektionsstrahl 111 in Form elektromagnetischer Strahlung bereit. Als Quelle für diese Strahlung kann ein Laser, eine Plasmaquelle oder dergleichen Verwendung finden. Die Strahlung wird in dem Beleuchtungssystem 103 über optische Elemente so geformt, dass der Projektionsstrahl 111 beim Auftreffen auf das Retikel 105 die gewünschten Eigenschaften hinsichtlich Durchmesser, Polarisation, Form der Wellenfront und dergleichen aufweist.
Mittels des Projektionsstrahls 111 wird ein Bild des Retikels 105 erzeugt und von dem Projektionsobjektiv 107 entsprechend verkleinert auf den Wafer 102 übertragen. Dabei können das Retikel 105 und der Wafer 102 synchron verfahren werden, so dass praktisch kontinuierlich während eines sogenannten Scanvorganges Bereiche des Retikels 105 auf entsprechende Bereiche des Wafers 102 abgebildet werden.
In 3 ist eine dritte Projektionsbelichtungsanlage 200 in Ausbildung als immersionslithographische DUV-Projektionsbelichtungsanlage beispielhaft dargestellt. Zum weiteren Hintergrund einer derartigen Projektionsbelichtungsanlage 200 wird beispielsweise auf die WO 2005/069055 A2 verwiesen, deren Inhalt durch Bezugnahme in die vorliegende Beschreibung integriert sei; auf die genaue Funktionsweise wird an dieser Stelle deshalb nicht im Detail eingegangen.
Erkennbar ist, vergleichbar mit der DUV-Projektionsbelichtungsanlage 100 gemäß 2, eine Retikelstage 104, durch welche die späteren Strukturen auf dem Wafer 102, der auf dem Waferhalter 106 bzw. Wafertisch angeordnet ist, bestimmt werden. Die Projektionsbelichtungsanlage 200 der 3 weist hierzu ebenfalls mehrere optische Elemente, insbesondere Linsen 108 und Spiegel 201, auf.
Die Verwendung der Erfindung ist nicht auf den Einsatz in Projektionsbelichtungsanlagen 100, 200, 400 beschränkt, insbesondere nicht auf Projektionsbelichtungsanlagen 100, 200, 400 mit dem beschriebenen Aufbau. Die erfindungsgemäße Messanordnung, und das erfindungsgemäße Messverfahren eignen sich grundsätzlich zur Ermittlung der Ausrichtung bzw. der Position und/oder der Orientierung beliebiger optischer Elemente.
In besonders vorteilhafter Weise eignet sich die Erfindung für EUV-Projektionsbelichtungsanlagen, insbesondere für die dort verwendeten projektionsoptischen Baugruppen (POB) insbesondere mit einer numerischen Apertur (NA) größer als 0,5.
Die nachfolgenden Figuren stellen die Erfindung lediglich beispielhaft und stark schematisiert dar.
4 zeigt eine erfindungsgemäße Messanordnung 1 zur Ermittlung der Position und/oder der Orientierung eines optischen Elements 2. Das optische Element 2 ist vorzugsweise als optisches Element 2 einer Projektionsbelichtungsanlage 100, 200, 400 für die Halbleiterlithografie ausgebildet. Das optische Element 2 ist im Ausführungsbeispiel als Spiegel einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage ausgebildet und umfasst ein Substrat 3 und eine reflektierende Beschichtung 4, die zur Reflexion der EUV-Strahlung 413 ausgebildet ist. Beispielhaft ist eine Kippachse 6 dargestellt, um die das optische Element 2 zur Steuerung des Strahlengangs der EUV-Strahlung 413 verkippt werden kann.
An dem optischen Element 2 sind beispielhaft zwei Messtargets 7 stoffschlüssig befestigt. Im Ausführungsbeispiel ist zur Verbindung eine Klebstoffverbindung 8 vorgesehen. Die Messtargets 7 sind Teil einer jeweiligen Sensoreinrichtung 9, die im Ausführungsbeispiel - rein beispielhaft - als interferometrische Sensoreinrichtung ausgebildet ist. Die Messtargets 7 weisen jeweils ein Trägersubstrat 10 sowie eine erste optisch reflektierende Funktionsfläche 11 auf. Die Sensoreinrichtung 9 weist einen ersten dem jeweiligen Messtarget 7 zugeordneter Sensor 12 (im Ausführungsbeispiel ein Interferometer) auf. Der erste Sensor 12 sendet eine Messstrahlung aus (strichliniert dargestellt), die von der ersten Funktionsfläche 11 des jeweiligen Messtargets 7 reflektiert und zu dem Sensor 12 zurückgeworfen wird. Der Sensor 12 ermöglicht es, die Ist-Distanzen L_IST zu dem zugeordneten Messtargets 7 bzw. dessen ersten Funktionsfläche 11 auf optische Weise zu erfassen.
Wie aus 4 und auch aus den 5, 7 und 8 ersichtlich ist, weist das Messtarget 7 der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung 9 eine zweite Funktionsfläche 13 auf.
Die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung 9 weist ferner einen zweiten Sensor 14 auf. Der zweite Sensor 14 ist von dem Messtarget 7, wie in 4 und 7 dargestellt, beabstandet positioniert. Der zweite Sensor 14 ist auf die zweite Funktionsfläche 13 des Messtargets 7 derart ausgerichtet, dass die zweite Funktionsfläche 13 zur Bestimmung einer zweiten Ist-Distanz L_IST einen Messstrahl des zweiten Sensors 14 reflektiert.
Die zweite Funktionsfläche 13 und die erste Funktionsfläche 11 sind in einem Winkel zueinander angeordnet. Im Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die beiden Funktionsflächen 11, 13 in einem Winkel von 90° zueinander angeordnet sind. Dies ist in den 4, 5, 7 und 8 entsprechend dargestellt.
Die Funktionsflächen 11, 13 eines erfindungsgemäßen Messtargets 7 schneiden sich vorzugsweise in einer gemeinsamen Seitenkante 7a des Messtargets 7. Dies ist in den 4, 7 und 8 prinzipmäßig entsprechend dargestellt.
Eine in 4 strichliniert angedeutete Steuereinrichtung 15 berechnet die Position und/oder die Orientierung des optischen Elements 2 anhand der erfassten Ist-Distanzen L_IST der Sensoreinrichtungen 9.
Im Ausführungsbeispiel ist (optional) vorgesehen, dass die ersten Sensoren 12 und die zweiten Sensoren 14 an einer dem optischen Element 2 benachbarten Rahmenstruktur 16 angeordnet sind.
In 5 ist beispielhaft ein optisches Element 2 bzw. ein Spiegel einer Projektionsbelichtungsanlage 100, 200, 400 in perspektivischer Darstellung gezeigt. Vorzugsweise soll im Rahmen des erfindungsgemäßen Messverfahrens die Position und/oder die Orientierung des optischen Elements 2 in allen sechs Freiheitsgraden erfasst werden.
Zur Bestimmung der Position und/oder der Orientierung des optischen Elements 2 kann es von Vorteil sein, wenn alle Sensoreinrichtungen 9, die hierzu verwendet werden, erfindungsgemäß ausgestaltet sind, das heißt, dass die Sensoreinrichtungen 9 jeweils einen ersten Sensor 12 und einen zweiten Sensor 14 aufweisen und das Messtarget 7 eine erste Funktionsfläche 11 und eine zweite Funktionsfläche 13 aufweist. Es kann alternativ jedoch auch vorgesehen sein, dass ein Teil der Sensoreinrichtungen 9 nach dem Stand der Technik ausgebildet ist, beispielsweise derart, wie dies in 6 dargestellt ist. Das heißt, dass diese Sensoreinrichtungen 9 lediglich einen (ersten) Sensor 12 und ein Messtarget 7 mit nur einer (ersten) Funktionsfläche 11 aufweisen. Es sind hier beliebige Mischungen möglich, wobei erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass die Messanordnung 1 wenigstens eine erfindungsgemäße Sensoreinrichtung 9 aufweist.
Zur Vereinfachung ist in der 5 lediglich ein erfindungsgemäßes Messtarget 7 dargestellt. Es ist jedoch zu bevorzugen, dass alle Messtargets 7 erfindungsgemäß ausgestaltet sind, das heißt eine erste Funktionsfläche 11 und eine zweite Funktionsfläche 13 aufweisen.
In 5 sind die nicht erfindungsgemäß ausgebildeten Messtargets mit dem Bezugszeichen 7' versehen.
Wie aus den 4 bis 8 ersichtlich ist, ist das jeweilige Messtarget 7 bzw. 7' an einer Fügefläche 17 stoffschlüssig, im Ausführungsbeispiel mittels der Klebstoffverbindung 8, mit dem optischen Element 2 verbunden.
Das Grundprinzip der Ermittlung der Position bzw. der Ausrichtung des optischen Elements 2 unter Verwendung der wenigstens einen Sensoreinrichtung 9 ist in 6 anhand des Standes der Technik dargestellt. Der erste Sensor 12 bzw. das Interferometer ist vorzugsweise unmittelbar, d. h. ohne eine Klebstoffverbindung 8, an der dem optischen Element 2 benachbarten Rahmenstruktur 16 angeordnet und erfasst somit seine Ist-Distanz L_IST zu dem ihm zugeordneten Messtarget 7'. Die erfasste Ist-Distanz L_IST kann schließlich zur Ermittlung der Ausrichtung des optischen Elements 2 herangezogen werden. Problematisch bei dieser Art der Messung ist es, dass eine parasitäre Bewegung (Drift) des Messtargets 7' in Richtung auf den zugeordneten Sensor 12 zu einem Messfehler ΔL_IST führen kann. Somit kann beispielsweise eine feuchtigkeits- oder temperaturbedingte Dehnung des Klebstoffs bzw. der Klebstoffverbindung 8 die gemessene Ist-Distanz L_IST um den Messfehler ΔL_IST verändern, im Ausführungsbeispiel verkürzen, und somit zu einer ungenau bzw. falsch erfassten Ausrichtung des optischen Elements 2 führen.
In 7 ist die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung 9 dargestellt, die, wie bereits erläutert, einen ersten Sensor 12 und einen zweiten Sensor 14 aufweist. Das erfindungsgemäß gestaltete Messtarget 7 weist entsprechend die bereits beschriebene erste Funktionsfläche 11 und die zweite Funktionsfläche 13 auf.
Die konkrete Anordnung der Sensoren 12, 14 und die Ausbildung der Funktionsflächen 11 und 13 ist in 7 beispielhaft. Es hat sich jedoch als besonders geeignet herausgestellt, wenn die Funktionsflächen 11, 13, wie in 7 dargestellt, in einem Winkel von 90° zueinander angeordnet sind. Ferner hat es sich als geeignet herausgestellt, wenn sich die Funktionsflächen 11, 13 in einer gemeinsamen Seitenkante 7a (wie bereits beschrieben) des Messtargets 7 schneiden.
Im Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung 15 auch eingerichtet ist, um einen Wert ε₁ einer parasitären Verschiebung der ersten Funktionsfläche 11 in eine Richtung orthogonal zu der ersten Funktionsfläche 11 zu bestimmen, der sich aus einer parasitären Bewegung der stoffschlüssigen Verbindung des Messtargets 7 mit dem optischen Element 2 ergibt.
Die Bestimmung des Werts ε₁ kann dabei zum Beispiel durch eine Referenzmessung erfolgen oder anderweitig bekannt sein. Hierauf kommt es für die erfindungsgemäße Messanordnung 1 bzw. das erfindungsgemäße Verfahren nicht primär an. Eine Referenzmessung kann beispielsweise durch einen Vergleich mit einer starren Oberfläche des optischen Elements 2, insbesondere einer starren, vergleichsweise unbewegliche Oberfläche des optischen Elements 2, erfolgt. Ferner kann auch vorgesehen sein, dass der Wert ε₁ durch eine Referenzmessung bestimmt werden, bei der mehrere redundante Messtargets 7 bzw. 7' verwendet werden.
Im Ausführungsbeispiel ist ferner vorgesehen, dass die Steuereinrichtung 15 eingerichtet ist, anhand des Wertes ε₁ der parasitären Verschiebung der ersten Funktionsfläche 11 sowie einem Winkel α den eine Orthogonale e1 der ersten Funktionsfläche 11 mit einer Orthogonalen e3 der Fügefläche 17 einschließt und einem Winkel β den eine Orthogonalen e2 der zweiten Funktionsfläche 13 mit der Orthogonalen e3 der Fügefläche 17 einschließt, einen Wert ε₂ einer parasitären Verschiebung der zweiten Funktionsfläche 13 in eine Richtung orthogonal zu der zweiten Funktionsfläche 13 zu berechnen, der sich aus einer parasitären Bewegung der stoffschlüssigen Verbindung des Messtargets 7 mit dem optischen Element 2 ergibt.
Die Berechnung wird nachfolgend noch näher anhand der 7 und 8 erläutert, die dies anhand einer besonders vorteilhaften Gestaltung der Funktionsflächen 11, 13 des Messtargets 7 zeigen.
Im Ausführungsbeispiel ist die Steuereinrichtung 15 sowohl dafür eingerichtet, die Werte ε₁ und ε₂ zu bestimmen bzw. zu berechnen, als auch dafür vorgesehen ist, die Position und/oder die Orientierung des optischen Elements 2 anhand der erfassten Ist-Distanzen L_IST der Sensoreinrichtungen 9 zu berechnen. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass hierfür unterschiedliche Steuer- bzw. Messeinrichtungen eingesetzt werden. Nachfolgend wird anhand der 8 eine besonders vorteilhafte Berechnung des Wertes ε₂ dargestellt. Die 8 zeigt dabei eine Ausbildung des Messtargets 7 mit einer ersten Funktionsfläche 11 und einer zweiten Funktionsfläche 13 derart, wie dies prinzipmäßig auch in der 7 dargestellt ist.
Wie aus der 8 erkennbar ist, schneidet sich die Orthogonale e1 der ersten Funktionsfläche 11 mit der Orthogonalen e3 der Fügefläche 17 unter dem Winkel α. Die Orthogonale e2 der zweiten Funktionsfläche 13 schneidet sich mit der Orthogonalen e3 der Fügefläche 17 unter dem Winkel β. Wie in 8 ferner dargestellt ist, ergeben die Werte der beiden Winkel α, β zusammen 90°.
Die beiden Funktionsflächen 11, 13 und auch die Fügefläche 17 sind orthogonal auf einer in 8 strichliniert dargestellten Basisebene 18 ausgerichtet. Die 8 zeigt eine Ansicht von oben auf die Basisebene 18, zu der die Fügefläche 17 und die beiden Funktionsflächen 11, 13 orthogonal ausgerichtet sind.
Im Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der Wert ε₂ der parasitären Verschiebung der zweiten Funktionsfläche 13 anhand des Zusammenhangs $ε_{2} = \frac{ε_{1}}{cos (α)} cos (β)$
berechnet wird.
Eine parasitäre Bewegung der stoffschlüssigen Verbindung des Messtargets 7 mit dem optischen Element 2 führt dazu, dass die Fügefläche 17 orthogonal zur Fügefläche 17 verschoben wird, nämlich in Richtung der Orthogonalen e3. Die orthogonale Verschiebung der Fügefläche 17 führt dabei auch zu einer orthogonalen Verschiebung der ersten Funktionsfläche 11. Das heißt, die erste Funktionsfläche 11 wird in Richtung der Orthogonalen e1 verschoben. Eine zusätzliche laterale Verschiebung der ersten Funktionsfläche 11 hat auf die im Ausführungsbeispiel vorgesehene Messung, insbesondere eine interferometrische Messung, keine Auswirkung. Wenn nun der Wert ε1 bekannt ist, um den die erste Funktionsfläche 11 orthogonal, das heißt entlang der Orthogonalen e1 verschoben wird, kann durch die vorstehend eingeblendete Formel ein Wert ε₂ für die zweite Funktionsfläche 13 berechnet werden. Der Wert ε₂ gibt dabei eine parasitäre Verschiebung der zweiten Funktionsfläche 13 in eine Richtung orthogonal zu der zweiten Funktionsfläche 13, das heißt in Richtung der Orthogonalen e2, an.
Die Bestimmung des Werts ε₂ sowie die Berechnung des Wertes ε₂ kann in dem in 8 dargestellten Ausführungsbeispiel durch die Steuereinrichtung 15 (die in 8 nicht dargestellt ist) erfolgen.
Wie anhand des Beispiels nach 8 dargestellt ist, lässt sich durch die erfindungsgemäße Messanordnung 1 in einfacher Weise die Auswirkung einer parasitären Bewegung der Fügefläche 17 auf eine Messung der Ist-Distanz zwischen dem zweiten Sensor 14 und der zweiten Funktionsfläche 13 des Messtargets 7 bestimmen.
Es sei im Hinblick auf das Ausführungsbeispiel nach 8 darauf hingewiesen, dass die eingeblendete Formel gilt, wenn 0 ≤ α < 90°. In dem Spezialfall, wenn der Winkel β = 90° beträgt (und somit die Orthogonale e2 parallel zu der Fügeebene 17 verläuft), ist festzustellen, dass der Wert ε₂, d. h. eine Verschiebung der zweiten Funktionsfläche 13 entlang der Orthogonalen e2, 0 beträgt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102018218162 A1 [0010, 0016, 0068]
DE 102019201146 A1 [0011, 0068]
DE 102019200746 A1 [0016, 0068]
WO 2005/069055 A2 [0081]

Claims

Messanordnung (1) zur Ermittlung der Position und/oder der Orientierung eines optischen Elements (2) mit wenigstens einer Sensoreinrichtung (9), aufweisend einen ersten Sensor (12) und ein Messtarget (7), wobei das Messtarget (7) an einer Fügefläche (17) stoffschlüssig mit dem optischen Element (2) verbunden und der erste Sensor (12) von dem Messtarget (7) beabstandet positioniert ist, wobei das Messtarget (7) eine erste Funktionsfläche (11) aufweist und der erste Sensor (12) und die erste Funktionsfläche (11) derart aufeinander ausgerichtet sind, dass zur Bestimmung einer ersten Ist-Distanz (L_IST) die erste Funktionsfläche (11) einen Messstrahl des ersten Sensors (12) reflektiert, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (9) einen zweiten Sensor (14) und das Messtarget (7) eine zweite Funktionsfläche (13) aufweist, wobei der zweite Sensor (14) von dem Messtarget (7) beabstandet positioniert und der zweite Sensor (14) und die zweite Funktionsfläche (13) derart aufeinander ausgerichtet sind, dass die zweite Funktionsfläche (13) zur Bestimmung einer zweiten Ist-Distanz (L_IST) einen Messstrahl des zweiten Sensors (14) reflektiert, wobei die zweite Funktionsfläche (13) und die erste Funktionsfläche (11) in einem Winkel zueinander angeordnet sind.
Messanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung (15) vorgesehen ist, welche eingerichtet ist, um einen Wert (ε₁) einer parasitären Verschiebung der ersten Funktionsfläche (11) in eine Richtung orthogonal zu der ersten Funktionsfläche (11) zu bestimmen, der sich aus einer parasitären Bewegung der stoffschlüssigen Verbindung des Messtargets (7) mit dem optischen Element (2) ergibt.
Messanordnung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (15) eingerichtet ist, um anhand des Wertes (ε₁) der parasitären Verschiebung der ersten Funktionsfläche (11) sowie einem Winkel (α) den eine Orthogonale (e1) der ersten Funktionsfläche (11) mit einer Orthogonalen (e3) der Fügefläche (17) einschließt und einem Winkel (β) den eine Orthogonalen (e2) der zweiten Funktionsfläche (13) mit der Orthogonalen (e3) der Fügefläche (17) einschließt, einen Wert (ε₂) einer parasitären Verschiebung der zweiten Funktionsfläche (13) in eine Richtung orthogonal zu der zweiten Funktionsfläche (13) zu berechnen, der sich aus einer parasitären Bewegung der stoffschlüssigen Verbindung des Messtargets (7) mit dem optischen Element (2) ergibt.
Messanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsflächen (11,13) in einem Winkel von 90° zueinander angeordnet sind.
Messanordnung (1) nach Anspruch einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Funktionsflächen (11,13) in einer gemeinsamen Seitenkante (7a) des Messtargets (7) schneiden.
Messanordnung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Orthogonalen (e1, e2) der Funktionsflächen (11,13) mit der Orthogonalen (e3) der Fügefläche (17) derart schneiden, dass die Werte der beiden Winkel (α, β) zusammen 90° ergeben.
Messanordnung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (15) eingerichtet ist, um den Wert der parasitären Verschiebung (ε₂) der zweiten Funktionsfläche (13) anhand des Zusammenhangs $ε_{2} = \frac{ε_{1}}{cos (α)} cos (β)$
zu bestimmen.
Messverfahren zur Ermittlung der Position und/oder der Orientierung eines optischen Elements (2) mit wenigstens einer Sensoreinrichtung (9), aufweisend einen ersten Sensor (12) und ein Messtarget (7), wonach das Messtarget (7) an einer Fügefläche (17) stoffschlüssig mit dem optischen Element (2) verbunden und der erste Sensor (12) von dem optischen Element (2) beabstandet positioniert wird, wonach der erste Sensor (12) und das Messtarget (7) derart aufeinander ausgerichtet werden, dass zur Bestimmung einer ersten Ist-Distanz (L_IST) zwischen dem ersten Sensor (12) und dem Messtarget (7) ein Messstrahl des ersten Sensors (12) von einer ersten Funktionsfläche (11) des Messtargets (7) reflektiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (9) einen zweiten Sensor (14) und das Messtarget (7) eine zweite Funktionsfläche (13) aufweist, wonach der zweite Sensor (14) von dem Messtarget (7) beabstandet positioniert wird und der zweite Sensor (14) und das Messtarget (7) derart aufeinander ausgerichtet werden, dass zur Bestimmung einer zweiten Ist-Distanz (L_IST) zwischen dem zweiten Sensor (14) und dem Messtarget (7) ein Messstrahl des zweiten Sensors (12) von der zweiten Funktionsfläche (13) reflektiert wird, und wonach die erste Funktionsfläche (11) und die zweite Funktionsfläche (13) in einem Winkel zueinander angeordnet werden.
Messverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst ein Wert (ε₁) einer parasitären Verschiebung der ersten Funktionsfläche (11) in eine Richtung orthogonal zu der ersten Funktionsfläche (11) bestimmt wird, der sich aus einer parasitären Bewegung der stoffschlüssigen Verbindung des Messtargets (7) mit dem optischen Element (2) ergibt, wonach anhand des Wertes (ε₁) der parasitären Verschiebung der ersten Funktionsfläche (11) sowie einem Winkel (α) zwischen einer Orthogonale (e1) der ersten Funktionsfläche (11) und einer Orthogonalen (e3) der Fügefläche (17) sowie einem Winkel (β) zwischen einer Orthogonalen (e2) der zweiten Funktionsfläche (13) und der Orthogonalen (e3) der Fügefläche (17) ein Wert (ε₂) einer parasitären Verschiebung der zweiten Funktionsfläche (13) in eine Richtung orthogonal zu der ersten Funktionsfläche (11) berechnet wird, der sich aus einer parasitären Bewegung der stoffschlüssigen Verbindung des Messtargets (7) mit dem optischen Element (2) ergibt.
Projektionsbelichtungsanlage (100,200,400) für die Halbleiterlithografie mit einem Beleuchtungssystem (103,401) mit einer Strahlungsquelle (402) sowie einer Optik (107,403,408), welche wenigstens ein optisches Element (415,416,418,419,420,108, 201) aufweist, und mit einer Messanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Ermittlung der Position und/oder der Orientierung des optischen Elements (415,416, 418,419,420,108,201).