DE102020210885A1

DE102020210885A1 - Messverfahren und Messanordnung zur Ermittlung der Position und/oder Orientierung eines optischen Elements, sowie Projektionsbelichtungsanlage

Info

Publication number: DE102020210885A1
Application number: DE102020210885.4A
Authority: DE
Inventors: Marwene Nefzi; Timo Laufer
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2019-10-02
Filing date: 2020-08-28
Publication date: 2021-04-08
Also published as: DE102019215225A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Messverfahren zur Ermittlung der Position und/oder Orientierung eines optischen Elements (2). Es ist wenigstens eine Sensoreinrichtung (9) vorgesehen, die einen von dem optischen Element (2) beabstandeten Sensor (12) und ein dem Sensor (12) zugeordnetes, mittels einer Klebstoffverbindung (8) an dem optischen Element (2) befestigtes Messtarget (7) aufweist. Die Sensoreinrichtung (9) erfasst eine Ist-Distanz (LIST) zwischen dem Sensor (12) und dem Messtarget (7). Weiter ist wenigstens eine an einer dem optischen Element (2) benachbarten Rahmenstruktur (14) angeordnete Referenzmesseinrichtung (15, 15.1, 15.2, 15.3) vorgesehen, die anhand wenigstens einer Referenzmessung eine parasitäre Targetbewegung des wenigstens einen Messtargets (7) prognostiziert. Ferner ist eine Steuereinrichtung (13) vorgesehen, die die Position und/oder Orientierung des optischen Elements (2) anhand der wenigstens einen erfassten Ist-Distanz (LIST) der wenigstens einen Sensoreinrichtung (9) unter Berücksichtigung der prognostizierten parasitären Targetbewegung berechnet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Messverfahren zur Ermittlung der Position und/oder Orientierung eines optischen Elements.
Die Erfindung betrifft ferner eine Messanordnung zur Ermittlung der Position und/oder Orientierung eines optischen Elements, aufweisend wenigstens eine Sensoreinrichtung, wenigstens eine an einer dem optischen Element benachbarten Rahmenstruktur angeordnete Referenzmesseinrichtung, sowie eine Steuereinrichtung zur Berechnung der Position und/oder Orientierung des optischen Elements.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithografie mit einem Beleuchtungssystem, mit einer Strahlungsquelle sowie einer Optik, welche 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 für eine ausreichend genaue Regelung erforderliche Positionserfassung der optischen Elemente einer Projektionsbelichtungsanlage kann in der Regel 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 Orientierungen der optischen Elemente teilweise 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 optischer Elemente einer Projektionsbelichtungsanlage können zum Beispiel über eine Weglänge von einem Meter Genauigkeiten der Längenmessung im Pikometerbereich gefordert sein.
In der Regel werden die Messtargets an den optischen Elementen über eine Klebstoffverbindung befestigt. Im späteren Betrieb kann es durch Temperaturänderungen oder Feuchtigkeitsschwankungen zu einer Beeinträchtigung des Klebstoffs kommen, wodurch das Messtarget eine parasitäre Targetbewegung 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. 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 Targetbewegung und einer anschließenden Messabweichung führen.
Das Problem wird insbesondere auch in den Druckschriften DE 10 2018 218 162 A1 sowie 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.
In Anbetracht des bekannten Stands der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein alternatives Messverfahren zur Ermittlung der Position und/oder Orientierung eines optischen Elements bereitzustellen, bei dem eine parasitäre Targetbewegung eines Messtargets vorteilhaft berücksichtigt werden kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, eine alternative Messanordnung zur Ermittlung der Position und/oder Orientierung eines optischen Elements bereitzustellen, bei der eine parasitäre Targetbewegung eines Messtargets vorteilhaft berücksichtigt werden kann.
Schließlich ist es auch Aufgabe der Erfindung, eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithografie bereitzustellen, bei der die Position und/oder Orientierung eines 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 das Messverfahren mit den in Anspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst. Hinsichtlich der Messanordnung wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 9 gelöst. Bezüglich 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.
Es ist ein Messverfahren zur Ermittlung der Position und/oder Orientierung eines optischen Elements vorgesehen.
Bei dem optischen Element kann es sich insbesondere um eine Linse oder um einen Spiegel, vorzugsweise einer Projektionsbelichtungsanlage, handeln. Hierauf ist die Erfindung jedoch nicht beschränkt. Mit der erfindungsgemäßen Lösung kann grundsätzlich die Position und/oder Orientierung eines beliebigen optischen Elements ermittelt werden.
Erfindungsgemäß erfasst wenigstens eine Sensoreinrichtung, die einen von dem optischen Element beabstandeten Sensor und ein dem Sensor zugeordnetes, mittels einer Klebstoffverbindung an dem optischen Element befestigtes Messtarget aufweist, eine Ist-Distanz zwischen dem Sensor und dem Messtarget.
Grundsätzlich sei an dieser Stelle erwähnt, dass anstelle einer Klebstoffverbindung zur Befestigung des wenigstens einen Messtargets an dem optischen Element auch andere stoffschlüssige Verfahren bzw. Verbindungen in Frage kommen können. Der Fachmann vermag die beschriebene „Klebstoffverbindung“ und die auf einen Klebstoff bezogenen Merkmale im Rahmen der Erfindung (beispielsweise auch die nachfolgend noch beschriebene „Referenz-Klebstoffverbindung“) demnach auch auf weitere stoffschlüssige Verbindungen zu substituieren.
Beispielsweise kann genau eine Sensoreinrichtung vorgesehen sein, die genau einen Sensor und genau ein dem Sensor zugeordnetes Messtarget aufweist. Es können allerdings auch mehrere Sensoreinrichtungen vorgesehen sein, beispielsweise zwei Sensoreinrichtungen, drei Sensoreinrichtungen, vier Sensoreinrichtungen, fünf Sensoreinrichtungen, sechs Sensoreinrichtungen oder noch mehr Sensoreinrichtungen mit jeweils einem Sensor und einem dem Sensor zugeordneten Messtarget. Vorzugsweise sind genau sechs Sensoreinrichtungen vorgesehen, um die Ausrichtung bzw. Position und/oder Orientierung des optischen Elements in allen sechs Freiheitsgraden erfassen zu können. Eine vorteilhafte Anzahl Sensoreinrichtungen kann sich auch aus der Geometrie des optischen Elements und/oder des Gesamtsystems ergeben.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass wenigstens eine an einer dem optischen Element benachbarten Rahmenstruktur angeordnete Referenzmesseinrichtung anhand wenigstens einer Referenzmessung eine parasitäre Targetbewegung des wenigstens einen Messtargets prognostiziert. Eine Steuereinrichtung berechnet die Position und/oder Orientierung des optischen Elements schließlich anhand der wenigstens einen erfassten Ist-Distanz der wenigstens einen Sensoreinrichtung unter Berücksichtigung der prognostizierten parasitären Targetbewegung.
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 Sensoreinrichtungen ebenfalls an der Rahmenstruktur, insbesondere an dem Sensorframe, angeordnet.
Es kann insbesondere von Vorteil sein, eine parasitäre Targetbewegung der Messtargets in Richtung auf den dem jeweiligen Messtarget zugeordneten Sensor zu erfassen. Insbesondere eine derartige parasitäre Drift bzw. Abstandsänderung (beispielsweise aufgrund von Feuchtigkeitsänderungen oder Temperaturänderungen in dem verwendeten Klebstoff) kann zu einer Fehlinterpretation der Ausrichtung des optischen Elements und somit insbesondere zu einer fehlerhaften Korrektur der Ausrichtung, beispielsweise einer Verkippung des optischen Elements, durch eine Positionsregelung führen.
Die erwähnte 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 Com puter.
In vorteilhafter Weise wird vorliegend ein Lösungsansatz verfolgt, bei dem auf Grundlage von differenziellen Messungen, beispielsweise innerhalb einer optischen Baugruppe einer Projektionsbelichtungsanlage, eine Feuchtigkeitsdrift des verwendeten Klebstoffs ermittelt werden kann. Die gewonnenen Informationen können schließlich verwendet werden, um die tatsächliche Targetbewegung aufgrund einer Veränderung der Position oder Verkippung des optischen Elements von einer parasitären Targetbewegung bzw. von einer Drift der Messtargets zu bereinigen. Hierdurch können insbesondere sogenannte „Line-of-Sight“ (LOS) - Fehler einer Projektionsbelichtungsanlage minimiert werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Sensoreinrichtung als interferometrische Sensoreinrichtung ausgebildet ist, wonach als Sensor ein Interferometer verwendet wird, welches zur Erfassung der Ist-Distanz auf ein optisch reflektierendes Messtarget ausgerichtet wird.
Die Messung kann somit interferometrisch erfolgen.
Es sei allerdings 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 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.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass wenigstens eine erste Referenzmesseinrichtung einen ersten Referenzsensor aufweist, der eine erste Referenz-Distanz zu einem dem ersten Referenzsensor zugeordneten, ersten Referenztarget erfasst, wobei das erste Referenztarget mittels einer Referenz-Klebstoffverbindung unter Verwendung desselben Klebstofftyps an der Rahmenstruktur befestigt wird, der auch zur Befestigung des Messtargets verwendet wird, wobei die Referenz-Klebstoffverbindung ähnlichen bis identischen Umgebungsbedingungen ausgesetzt wird wie das wenigstens eine Messtarget, und wobei die parasitäre Targetbewegung anhand bekannter Klebstoffeigenschaften unter Berücksichtigung der erfassten ersten Referenz-Distanz bestimmt wird.
Insbesondere Klebstoffeigenschaften betreffend eine thermische Dehnung (Coefficient of Thermal Expansion, CTE) und eine feuchtigkeitsbasierte Dehnung (Coefficient of Moisture Expansion, CME) können vorteilhaft berücksichtigt werden.
Auch die Klebergeometrie bzw. die Geometrie der Klebstoffverbindung und/oder der Referenz-Klebstoffverbindung können berücksichtigt werden.
Besonders vorteilhaft ist es somit, wenn der im Rahmen der Referenzmessung verwendete Klebstoff identisch ist mit dem Klebstoff zu Befestigung der Messtargets. Die Geometrie der Klebstoffverbindung kann gegebenenfalls von der Geometrie der Referenz-Klebstoffverbindung abweichen.
Die Anordnung der ersten Referenzmesseinrichtung (sowie der nachfolgend noch beschriebenen weiteren Referenzmesseinrichtungen) kann grundsätzlich beliebig sein. Eine Anordnung möglichst ortsnah an der wenigstens einen Sensoreinrichtung kann allerdings von Vorteil sein, damit die Referenzmessung unter denselben oder ähnlichen Umweltbedingungen bzw. Umgebungsbedingungen durchgeführt wird (insbesondere hinsichtlich thermischer Bedingungen und/oder Feuchtigkeitsbedingungen) wie die eigentliche Messung. Bei Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens für eine Projektionsbelichtungsanlage kann sich der bereits genannte sogenannte „Sensorframe“ zur Anordnung der Referenzmesseinrichtung(en) besonders gut eignen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine Ist-Temperatur angrenzend an die Referenz-Klebstoffverbindung mittels eines Temperatursensors erfasst und in die Prognose der parasitären Targetbewegung einbezogen wird.
Die Ist-Temperatur wird vorzugsweise ortsnah an der Referenz-Klebstoffverbindung erfasst, um die thermische Drift bzw. um die thermisch bedingte parasitäre Targetbewegung von der Feuchtigkeitsdrift bzw. von der feuchtigkeitsbedingten parasitären Targetbewegung zu trennen.
Der Temperatursensor kann beispielsweise an der Rahmenstruktur angrenzend an die Referenz-Klebstoffverbindung angeordnet sein.
Auf Grundlage der Referenzmessung mittels der ersten Referenzmesseinrichtung kann die erwartete Dehnung bzw. die parasitäre Targetbewegung für das wenigstens eine Messtarget beispielsweise auf Grundlage der folgenden Formel prognostiziert werden: $\frac{Δ L}{L_{0}} = C T E \cdot Δ T + C M E \cdot Δ m,$
wobei ΔL die gemessene Längenänderung des Referenztargets (beispielsweise des ersten Referenztargets), L₀ der Sollwert für die Referenz-Distanz (beispielsweise die erste Referenz-Distanz), CTE der Wärmeausdehnungskoeffizient des Klebstoffs, ΔT die erfasste Temperaturdifferenz, CME der Feuchtigkeitsdehnungskoeffizient des Klebstoffs und Δm die prozentuale Massenänderung des Klebstoffs sind.
Die Materialeigenschaften CTE und CME des Klebstoffs können beispielsweise im Labor gemessen oder auf Grundlage von Herstellerinformationen erfasst werden.
Die aus den veränderten Umgebungsbedingungen resultierende prozentuale Masseänderung Δm des Klebstoffs kann schließlich verwendet werden, um die Feuchtigkeitsdrift der Messtargets an dem optischen Element zu bestimmen und somit schließlich die parasitäre Targetbewegung zu prognostizieren und bei der Erfassung der Ist-Distanz entsprechend zu berücksichtigen bzw. herauszurechnen.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass wenigstens eine zweite Referenzmesseinrichtung einen zweiten Referenzsensor aufweist, der eine zweite Referenz-Distanz zu einem dem zweiten Referenzsensor zugeordneten, zweiten Referenztarget erfasst, wobei das zweite Referenztarget unmittelbar an der Rahmenstruktur befestigt ist, und wobei eine parasitäre Rahmenbewegung anhand der erfassten, zweiten Referenz-Distanz bestimmt und in die Prognose der parasitären Targetbewegung einbezogen wird.
Unter einer unmittelbaren Befestigung an der Rahmenstruktur ist insbesondere eine Befestigung ohne Verwendung eines Klebstoffs zu verstehen, vorzugsweise eine Ansprengung an der Rahmenstruktur.
Eine unmittelbare Befestigung an einer anderen Struktur als der Rahmenstruktur ist selbstverständlich ebenfalls möglich, beispielsweise auch eine unmittelbare Befestigung des zweiten Referenztargets an einem optischen Element.
Auf Grundlage der Referenzmessung durch die zweite Referenzmesseinrichtung kann in vorteilhafter Weise eine eventuelle thermische (oder sonstige Drift) der Rahmenstruktur herausgefiltert werden. Die Dehnung ε2 des zweiten Referenztargets, das auch als Referenzstab bezeichnet werden kann, kann anhand des nachfolgenden Zusammenhangs bestimmt werden: $\frac{Δ L_{R E F 2}}{L_{0}} = ε_{2},$
wobei ΔL_REF2 die gemessene Längenänderung des zweiten Referenztargets und L₀ der Sollwert für die Referenz-Distanz zwischen dem zweiten Referenzsensor und dem zweiten Referenztarget sind. Die erwartete Dehnung an dem wenigstens einen Messtarget kann somit anhand des nachfolgenden Zusammenhangs mit erhöhter Genauigkeit ermittelt werden: $\frac{Δ L}{L_{0}} = C T E \cdot Δ T + C M E \cdot Δ m + ε_{2} .$
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass wenigstens eine dritte Referenzmesseinrichtung einen dritten Referenzsensor aufweist, der eine dritte Referenz-Distanz zu einem dem dritten Referenzsensor zugeordneten, dritten Referenztarget erfasst, wobei das dritte Referenztarget mittels einer Referenz-Klebstoffverbindung unter Verwendung desselben Klebstofftyps an der Rahmenstruktur befestigt wird, der auch für die Befestigung des wenigstens einen Messtargets verwendet wird, und wobei der dritte Referenzsensor und das dritte Referenztarget gekapselt in einem dauerhaften Vakuum angeordnet werden, und wobei die parasitäre Targetbewegung unter Berücksichtigung der erfassten, dritten Referenz-Distanz und unter Berücksichtigung der mittels dem ersten Referenzsensor erfassten, ersten Referenz-Distanz prognostiziert wird.
Somit kann die Drift eines Referenztargets, beispielsweise des ersten Referenztargets, gegenüber dem dritten Referenztarget gemessen werden. Vorzugsweise sind die Klebstoffe der Messtargets und/oder des ersten Referenztargets und/oder des dritten Referenztargets identisch.
Dadurch, dass das dritte Referenztarget sich stets im Vakuum befindet, selbst wenn beispielsweise die projektionsoptische Baugruppe einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage zu Wartungszwecken geöffnet und somit den Reinraumumgebungsbedingungen ausgesetzt ist, ist nicht zu erwarten, dass eine feuchtigkeitsbedingte Drift bezüglich des dritten Referenztargets stattfindet. Es ist hingegen zu erwarten, dass nur eine thermische Drift stattfindet, insbesondere wenn der Klebstoff des dritten Referenztargets zuvor getrocknet wurde. Hingegen ist das erste Referenztarget der Umgebung ausgesetzt, in der sich auch die Messtargets befinden. Insbesondere die Feuchtigkeitsänderung in dieser Umgebung kann somit hinsichtlich des wenigstens einen Messtargets und des ersten Referenztargets identisch sein.
Insbesondere wenn die Erfindung in einer Projektionsbelichtungsanlage eingesetzt wird, deren Projektionsobjektiv im Betrieb nicht einem Vakuum ausgesetzt ist (also z. B. im Falle einer DUV-Projektionsbelichtungsanlage), kann es allerdings auch von Vorteil sein, den dritten Referenzsensor und das dritte Referenztarget innerhalb ihrer Kapselung einem trockenen Gas (z. B. XCDA) mit vorzugsweise demselben Druck auszusetzen, der auch in der Umgebung des Projektionsobjektives herrscht.
Die Dehnung des ersten Referenztargets in der Nähe des Messtargets kann somit anhand der nachfolgenden Formel bestimmt werden: $ε_{1} = C T E \cdot Δ T + C M E \cdot Δ m,$
wobei die thermisch bedingte Ausdehnung der Dehnung des sich im Vakuum befindenden dritten Referenztargets entspricht und auf Grundlage der Referenzmessung der dritten Referenzmesseinrichtung anhand des Zusammenhangs: $ε_{3} = C T E \cdot Δ T$
erfasst werden kann. Dadurch, dass die Klebstoffe ähnliche thermische Eigenschaften aufweisen, vorzugsweise identische thermische Eigenschaften, lässt sich schließlich die Feuchtigkeitsdrift bzw. die parasitäre Targetbewegung anhand der vorstehenden beiden Gleichungen herausextrahieren. Eine Differenzmessung kann schließlich die gesuchte Feuchtigkeitsdrift CME · Δm ergeben, die wiederum herangezogen werden kann, um die Bewegung der Messtargets von der parasitären Targetbewegung zu bereinigen.
Als Alternative zu einer Kapselung des dritten Referenzsensors und des dritten Referenztargets in einem dauerhaften Vakuum kann auch vorgesehen sein, den Klebstoff des dritten Referenztargets zu beschichten, um die Diffusion des Wassers zu verhindern.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass genau eine erste Referenzmesseinrichtung vorgesehen ist, um die parasitäre Targetbewegung zu prognostizieren oder mehr als eine erste Referenzmesseinrichtung vorgesehen ist, beispielsweise zwei, drei, vier, fünf, sechs oder noch mehr erste Referenzmesseinrichtungen, um die parasitäre Targetbewegung durch Bildung eines Mittelwerts der jeweiligen Einzelprognosen der Referenzmesseinrichtungen zu bestimmen.
Es kann somit vorgesehen sein, mehrere Referenztargets zu messen, um die Abschätzung der Feuchtigkeitsdrift noch zu verbessern. Besonders bevorzugt kann die Temperaturänderung jeweils ergänzend gemessen werden, vor allem wenn die Rahmenstruktur eine inhomogene Temperaturverteilung aufweist. Die Drift jedes Targets bzw. die Einzelprognose der Referenzmesseinrichtungen lässt sich folgendermaßen abschätzen: $ε_{i} = C T E \cdot Δ T_{i} + C M E \cdot Δ m_{i} .$
Anhand der Messung von mehreren Referenztargets in derselben Umgebung lässt sich eine noch bessere Schätzung der Temperaturänderung und der Feuchtigkeitsänderung durchführen.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine Mehrzahl von vierten Referenzmesseinrichtung jeweils einen vierten Referenzsensor aufweisen, die jeweils eine vierte Referenz-Distanz zu einem zugeordneten, vierten Referenztarget erfassen, wobei die vierten Referenztargets mittels jeweiliger Referenz-Klebstoffverbindungen an der Rahmenstruktur befestigt sind, und wobei die parasitäre Targetbewegung unter Berücksichtigung der erfassten vierten Referenz-Distanzen prognostiziert wird. Es kann vorgesehen sein, dass sich die Feuchtigkeitseigenschaften der zur Ausbildung der Referenz-Klebstoffverbindungen verwendeten Klebstofftypen messbar voneinander unterscheiden, und die thermischen Eigenschaften der die Referenz-Klebstoffverbindung ausbildenden Klebstofftypen identisch sind. Alternativ kann vorgesehen sein, dass sich die thermischen Eigenschaften der zur Ausbildung der Referenz-Klebstoffverbindungen verwendeten Klebstofftypen messbar voneinander unterscheiden, und die Feuchtigkeitseigenschaften der die Referenz-Klebstoffverbindung ausbildenden Klebstofftypen identisch sind.
Es kann somit eine Messung von mehreren Referenztargets vorgesehen sein, die jeweils mit unterschiedlichen Klebstoffen geklebt worden sind.
Vorzugsweise unterscheiden sich die Feuchtigkeitseigenschaften der Klebstoffe mit identischen oder zumindest annähernd identischen thermischen Eigenschaften signifikant. Entsprechend können sich die thermischen Eigenschaften der Klebstoffe, die ähnliche bis identische Feuchtigkeitseigenschaften aufweisen, signifikant unterscheiden.
Die Erfindung betrifft auch eine Messanordnung zur Ermittlung der Position und/oder Orientierung eines optischen Elements. Die Messanordnung weist wenigstens eine Sensoreinrichtung auf, die einen von dem optischen Element beabstandeten Sensor aufweist, der zur Erfassung einer Ist-Distanz zwischen dem Sensor und einem dem Sensor zugeordneten, mittels einer Klebstoffverbindung an dem optischen Element befestigten Messtarget ausgebildet ist. Die Messanordnung weist ferner wenigstens eine an einer dem optischen Element benachbarten Rahmenstruktur angeordnete Referenzmesseinrichtung auf, die zur Prognose einer parasitären Targetbewegung des wenigstens einen Messtargets anhand wenigstens einer Referenzmessung ausgebildet ist. Außerdem weist die Messanordnung eine Steuereinrichtung auf, die zur Berechnung der Position und/oder Orientierung des optischen Elements anhand der wenigstens einen erfassten Ist-Distanz der wenigstens einen Sensoreinrichtung, unter Berücksichtigung der prognostizierten parasitären Targetbewegung, eingerichtet ist.
Das erfindungsgemäße Messverfahren bzw. die erfindungsgemäße Messanordnung kann eingerichtet sein, um eine jeweilige Messung bzw. Referenzmessung während des Betriebs der Gesamtanlage, beispielsweise einer Projektionsbelichtungsanlage, und/oder zu definierten Kalibrierungszeiten, beispielsweise während der Ersteinrichtung oder Wartung der Anlage, durchzuführen.
Die Erfindung betrifft ferner eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithografie mit einem Beleuchtungssystem mit einer Strahlungsquelle sowie einer Optik, welche ein (vorzugsweise auszurichtendes) optisches Element aufweist, wobei die Position und/oder Orientierung des optischen Elements mittels eines Messverfahrens gemäß den vorstehenden und nachfolgenden Ausführungen ermittelt wird.
Das Problem einer Drift bzw. parasitären Targetbewegung von Messtargets, insbesondere von Interferometertargets bzw. optisch reflektierenden Messtargets, aufgrund von Feuchtigkeitsänderungen des Klebstoffs kann somit erfindungsgemäß durch Ermittlung der Feuchtigkeitsdrift des verwendeten Klebstoffs anhand wenigstens einer Referenzmessung bestimmt und bei der Ermittlung der Position und/oder Orientierung des optischen Elements berücksichtigt bzw. herausgerechnet werden.
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.
Insofern die Erfindung in einer Projektionsbelichtungsanlage eingesetzt wird, deren Projektionsobjektiv im Betrieb nicht einem Vakuum ausgesetzt ist (also z. B. im Falle einer DUV-Projektionsbelichtungsanlage), kann es von Vorteil sein, die in der vorliegenden Beschreibung genannten gekapselten Referenzsensoren bzw. Referenztargets (beispielsweise den dritten Referenzsensor und das dritte Referenztarget), anstatt eines Vakuums demselben Umgebungsdruck auszusetzen, dem auch das Projektionsobjektiv ausgesetzt ist. Beispielsweise kann vorgesehen sein, den dritten Referenzsensor und das dritte Referenztarget gekapselt anzuordnen und einem trockenen Gas (z. B. XCDA) mit vorzugsweise demselben Druck auszusetzen, der auch in der Umgebung des Projektionsobjektives herrscht.
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.
In einer puristischen Ausführungsform der Erfindung kann allerdings auch vorgesehen sein, dass die in der Erfindung mit den Begriffen „umfassend“, „aufweisend“ oder „mit“ eingeführten Merkmale abschließend aufgezählt sind. Dementsprechend kann eine oder können mehrere Aufzählungen im Rahmen der Erfindung als abgeschlossen betrachtet werden, beispielsweise jeweils für jeden Anspruch betrachtet. Die Erfindung kann beispielswiese ausschließlich aus den in Anspruch 1 genannten Merkmalen bestehen.
Ferner sei betont, dass die vorliegend beschriebenen Werte und Parameter Abweichungen oder Schwankungen von ±10% oder weniger, vorzugsweise ±5% oder weniger, weiter bevorzugt ±1% oder weniger, und ganz besonders bevorzugt ±0,1 % oder weniger des jeweils benannten Wertes bzw. Parameters mit einschließen, sofern diese Abweichungen bei der Umsetzung der Erfindung in der Praxis nicht ausgeschlossen sind. Die Angabe von Bereichen durch Anfangs- und Endwerte umfasst auch all diejenigen Werte und Bruchteile, die von dem jeweils benannten Bereich eingeschlossen sind, insbesondere die Anfangs- und Endwerte und einen jeweiligen Mittelwert.
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 Sensoreinrichtungen, zwei beispielhaften Referenzmesseinrichtungen und einer Steuereinrichtung;
5 einen Spiegel einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage mit sechs über jeweilige Klebstoffverbindungen mit dem Spiegel verbundenen Messtargets für eine jeweilige interferometrische Sensoreinrichtung;
6 einen Ausschnitt auf eine Sensoreinrichtung, beispielsweise eine Sensoreinrichtung gemäß 4, mit einem Sensor und einem Messtarget;
7 eine erste Referenzmesseinrichtung und eine zweite Referenzmesseinrichtung zur Prognostizierung der parasitären Targetbewegung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
8 eine erste Referenzmesseinrichtung und eine dritte Referenzmesseinrichtung zur Prognostizierung der parasitären Targetbewegung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
9 mehrere erste Referenzmesseinrichtungen zur Prognostizierung der parasitären Targetbewegung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

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. Position und/oder Orientierung beliebiger optischer Elemente.
Die nachfolgenden Figuren stellen die Erfindung lediglich beispielhaft und stark schematisiert dar.
4 zeigt eine erfindungsgemäße Messanordnung 1 zur Ermittlung der Position und/oder Orientierung eines optischen Elements 2. Das optische Element 2 ist rein beispielhaft als optisches Element 2 einer Projektionsbelichtungsanlage 100, 200, 400 für die Halbleiterlithografie ausgebildet. Das optische Element 2 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 mittels einer Klebstoffverbindung 8 befestigt. 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 optisch reflektierende Funktionsfläche 11 auf. Ein dem jeweiligen Messtarget 7 zugeordneter Sensor 12 (im Ausführungsbeispiel ein Interferometer) sendet eine Messstrahlung aus (strichliniert dargestellt), die von dem jeweiligen Messtarget 7 reflektiert und zu dem Sensor 12 zurückgeworfen wird. Die Sensoren 12 ermöglichen es, die jeweiligen Ist-Distanzen L_IST zu den ihnen zugeordneten Messtargets 7 auf optische Weise zu erfassen.
Eine in 4 strichliniert angedeutete Steuereinrichtung 13 berechnet schließlich die Position und/oder Orientierung des optischen Elements 2 anhand der erfassten Ist-Distanzen L_IST der Sensoreinrichtungen 9.
Die Erfinder haben erkannt, dass es zur Erhöhung der Genauigkeit bei der Erfassung der Position bzw. Orientierung des optischen Elements 2 von Vorteil ist, eine feuchtigkeitsbedingte, parasitäre Targetbewegung des optischen Elements 2 modellbasiert zu ermittelt und zu kompensieren. Insbesondere kann es von Vorteil sein, bei der Ermittlung einer Spiegelverkippung einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage 400 eine parasitäre Targetbewegung bzw. eine Targetdrift der Messtargets 7 aufgrund einer Feuchtigkeitsänderung im in den Klebstoffverbindungen 8 enthaltenen Klebstoff herauszurechnen.
Erfindungsgemäß ist wenigstens eine an einer dem optischen Element 2 benachbarten Rahmenstruktur 14 angeordnete Referenzmesseinrichtung 15 vorgesehen, die zur Prognose einer parasitären Targetbewegung des wenigstens einen Messtargets 7 anhand wenigstens einer Referenzmessung ausgebildet ist. In dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel sind beispielhaft zwei Referenzmesseinrichtungen 15 als Blackbox strichliniert gezeigt, die eine jeweilige Prognose an die Steuereinrichtung 13 übermitteln.
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 Orientierung des optischen Elements 2 in allen sechs Freiheitsgraden erfasst werden. Diesbezüglich kann es von Vorteil sein, mehrere Sensoreinrichtungen 9 bestehend aus jeweils einem Sensor 12 und einem dem Sensor 12 zugeordneten Messtarget 7 zu verwenden, vorzugsweise sechs Sensoreinrichtungen 9. Besonders vorteilhafte, aber die Erfindung nicht einschränkende Positionen von entsprechenden Messtargets 7 auf dem optischen Element 2 sind der 5 entnehmbar.
Das Grundprinzip der Ermittlung der Position bzw. Ausrichtung des optischen Elements 2 unter Verwendung der wenigstens einen Sensoreinrichtung 9 ist in 6 dargestellt. Der Sensor 12 bzw. das Interferometer ist unmittelbar, d. h. ohne eine Klebstoffverbindung 8, an einer dem optischen Element 2 benachbarten Rahmenstruktur 14 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 Targetbewegung des Messtargets 7, insbesondere in Richtung auf den zugeordneten Sensor 12, zu einem Messfehler Δ_LIST führen kann. Somit kann beispielsweise eine feuchtigkeitsbedingte Dehnung des Klebstoffs bzw. der Klebstoffverbindung 8 die gemessene Ist-Distanz L_IST um den Messfehler Δ_LIST verkürzen und somit zu einer ungenau bzw. falsch erfassten Ausrichtung des optischen Elements 2 führen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, durch Verwendung von Referenzmessungen diese Feuchtigkeitsdrift bzw. diese parasitäre Targetbewegung zu prognostizieren und bei der Berechnung der Position und/oder Orientierung des optischen Elements 2 anschließend herauszurechnen.
Die 7 bis 9 zeigen drei besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung.
In 7 ist eine erste Referenzmesseinrichtung 15.1 vorgesehen, die einen ersten Referenzsensor 16 aufweist, der eine erste Referenz-Distanz L_REF1 zu einem dem ersten Referenzsensor 16 zugeordneten, ersten Referenztarget 17 erfasst. Das erste Referenztarget 17 ist mittels einer Referenz-Klebstoffverbindung 18 unter Verwendung desselben Klebstofftyps an der Rahmenstruktur 14 befestigt, der auch zur Befestigung des Messtargets 7 verwendet wird. Ferner ist die Referenz-Klebstoffverbindung 18 ähnlichen bis identischen Umgebungsbedingungen ausgesetzt wie das wenigstens eine Messtarget 7.
Angrenzend an die Referenz-Klebstoffverbindung 18 des ersten Referenztargets 17 wird mittels eines Temperatursensors 19 eine Ist-Temperatur erfasst, um im Rahmen der beispielhaft dargestellten Referenzmessung die thermische Drift von der Feuchtigkeitsdrift zu trennen.
Ferner ist eine zweite Referenzmesseinrichtung 15.2 vorgesehen, die einen zweiten Referenzsensor 20 aufweist, der eine zweite Referenz-Distanz L_REF2 zu einem dem zweiten Referenzsensor 20 zugeordneten, zweiten Referenztarget 21 erfasst. Das zweite Referenztarget 21 ist unmittelbar an der Rahmenstruktur 14 befestigt, d. h. ohne eine Referenz-Klebstoffverbindung 18. Durch Verwendung der zweiten Referenzmesseinrichtung 15.2 kann eine eventuelle thermische Drift der Rahmenstruktur 14 herausgerechnet werden.
Die parasitäre Targetbewegung des wenigstens einen Messtargets 7 der wenigstens einen Sensoreinrichtung 9 lässt sich schließlich anhand der folgenden Formel prognostizieren: $\frac{Δ L}{L_{0}} = C T E \cdot Δ T + C M E \cdot Δ m + \frac{Δ L_{R E F 2}}{L_{0}}$
wobei ΔL die gemessene Längenänderung des ersten Referenztargets 17, Δ_LREF2 die gemessene Längenänderung des zweiten Referenztargets 21, CTE der Wärmeausdehnungskoeffizient des Klebstoffs, CME der Feuchtigkeitsausdehnungskoeffizient des Klebstoffs und Δm die prozentuale Massenänderung des Klebstoffs sind. Die Materialeigenschaften CTE und CME des Klebstoffs können beispielsweise messtechnisch ermittelt werden oder aufgrund von Herstellerangaben als bekannt vorausgesetzt sein.
Die aus den veränderten Umgebungsbedingungen resultierende prozentuale Massenänderung Δm des Klebstoffs bzw. der Klebstoffverbindung 8 kann verwendet werden, um die Feuchtigkeitsdrift der Messtargets 7 an dem optischen Element 2, beispielsweise an dem dargestellten Spiegel, zu bestimmen.
In 8 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Wiederum ist eine erste Referenzmesseinrichtung 15.1 aus einem ersten Referenzsensor 16 vorgesehen, wobei der erste Referenzsensor 16 die erste Referenz-Distanz L_REF1 zu einem dem ersten Referenzsensor 16 zugeordneten, ersten Referenztarget 17 erfasst. Ferner ist eine dritte Referenzmesseinrichtung 15.3 mit einem dritten Referenzsensor 22 vorgesehen, der eine dritte Referenz-Distanz L_REF3 zu einem dem dritten Referenzsensor 22 zugeordneten, dritten Referenztarget 23 erfasst. Das dritte Referenztarget 23 ist mittels einer Referenz-Klebstoffverbindung 18 unter Verwendung desselben Klebstofftyps an der Rahmenstruktur 14 befestigt, der auch für die Befestigung des wenigstens einen Messtargets 7 und des ersten Referenztargets 17 verwendet wird. Der dritte Referenzsensor 22 und das dritte Referenztarget 23 sind gekapselt in einem dauerhaften Vakuum angeordnet, wobei beispielhaft ein Gehäuse 24 in 8 dargestellt ist. Anstelle eines Vakuums kann in das Gehäuse 24 aber auch ein Gas eingebracht sein, insbesondere ein Gas mit demselben Umgebungsdruck, der auch außerhalb des Gehäuses 24 herrscht. Alternativ zu einer Kapselung kann auch eine Beschichtung des Klebstoffs bzw. der Referenz-Klebstoffverbindung 18 vorgesehen sein, um die Diffusion des Wassers zu verhindern.
Dadurch, dass sich das dritte Referenztarget 23 stets im Vakuum befindet, selbst wenn die projektionsoptische Baugruppe der Projektionsbelichtungsanlage 100, 200, 400 geöffnet und der Reinraumumgebung ausgesetzt ist, ist es für das dritte Referenztarget 23 zu erwarten, dass lediglich eine thermische Drift stattfindet. Da das erste Referenztarget 17 vorzugsweise derselben Umgebung ausgesetzt ist, in der sich auch das wenigstens eine Messtarget 7 befindet, ist insbesondere die Feuchtigkeitsänderung in dieser Umgebung identisch. Die erwartete Dehnung der Messtargets 7 kann somit anhand der folgenden Zusammenhänge prognostiziert werden: $ε_{1} = C T E \cdot Δ T + C M E \cdot Δ m$
$ε_{3} = C T E \cdot Δ T,$
wobei ε3 die Dehnung des sich im Vakuum befindlichen dritten Referenztargets 23 und ε1 die Dehnung des ersten Referenztargets 17 in der Nähe des Messtargets 7 sind. Dadurch, dass die Klebstoffe ähnliche thermische Eigenschaften aufweisen, kann sich die Feuchtigkeitsdrift aus den vorstehenden Gleichungen herausextrahieren lassen. Eine Differenzmessung kann schließlich die gesuchte Feuchtigkeitsdrift CME · Δm ergeben, die wiederum herangezogen werden kann, um die Bewegung des optischen Elements 2 zu bereinigen.
In 9 ist ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Dabei ist die Messung mit mehreren (ersten) Referenztargets 17 vorgesehen, die jeweils mit demselben Klebstoff an der Rahmenstruktur 14 befestigt sind. Hierdurch kann die Abschätzung der Feuchtigkeitsdrift weiter verbessert werden. Beispielhaft sind drei erste Referenzmesseinrichtungen 15.1 mit einem jeweiligen Temperatursensor 19 dargestellt. Grundsätzlich können allerdings auch noch mehr Referenzmesseinrichtungen 15 vorgesehen sein, beispielsweise vier, fünf oder sechs Referenzmesseinrichtungen 15. Es kann allerdings auch nur eine einzige Referenzmesseinrichtung 15 vorgesehen sein.
Grundsätzlich kann die parasitäre Targetbewegung durch Bildung eines Mittelwerts der jeweiligen Einzelprognosen der Referenzmesseinrichtungen 15 vorteilhaft bestimmt werden. Die Drift jedes Referenztargets 17 kann sich folgendermaßen abschätzen lassen: $ε_{i} = C T E \cdot Δ T_{i} + C M E \cdot Δ m_{i}$
Schließlich kann auch die Messung von mehreren Referenztargets 17, 21, 23 vorgesehen sein, die mit unterschiedlichen Klebstoffen geklebt worden sind. Insbesondere kann hierfür vorgesehen sein, dass sich die Feuchtigkeitseigenschaften der zur Ausbildung der Referenz-Klebstoffverbindungen 18 verwendeten Klebstoffe messbar voneinander unterscheidet, wobei die thermischen Eigenschaften der die Referenz-Klebstoffverbindungen 18 ausbildenden Klebstofftypen identisch sind. Alternativ kann vorgesehen sein, dass sich die thermischen Eigenschaften der zur Ausbildung der Referenz-Klebstoffverbindungen 18 verwendeten Klebstoffe messbar voneinander unterscheiden, wobei die Feuchtigkeitseigenschaften der die Referenz-Klebstoffverbindung 18 ausbildenden Klebstofftypen identisch sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102019201146 A1 [0005, 0062]
DE 102018218162 A1 [0009, 0062]
DE 102019200746 A1 [0009, 0062]
WO 2005/069055 A2 [0077]

Claims

Messverfahren zur Ermittlung der Position und/oder Orientierung eines optischen Elements (2), wonach a) wenigstens eine Sensoreinrichtung (9), die einen von dem optischen Element (2) beabstandeten Sensor (12) und ein dem Sensor (12) zugeordnetes, mittels einer Klebstoffverbindung (8) an dem optischen Element (2) befestigtes Messtarget (7) aufweist, eine Ist-Distanz (L_IST) zwischen dem Sensor (12) und dem Messtarget (7) erfasst; b) wenigstens eine an einer dem optischen Element (2) benachbarten Rahmenstruktur (14) angeordnete Referenzmesseinrichtung (15, 15.1, 15.2, 15.3) anhand wenigstens einer Referenzmessung eine parasitäre Targetbewegung des wenigstens einen Messtargets (7) prognostiziert; und c) eine Steuereinrichtung (13) die Position und/oder Orientierung des optischen Elements (2) anhand der wenigstens einen erfassten Ist-Distanz (L_IST) der wenigstens einen Sensoreinrichtung (9) unter Berücksichtigung der prognostizierten parasitären Targetbewegung berechnet.
Messverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Sensoreinrichtung (9) als interferometrische Sensoreinrichtung ausgebildet ist, wonach als Sensor (12) ein Interferometer verwendet wird, welches zur Erfassung der Ist-Distanz (L_IST) auf ein optisch reflektierendes Messtarget (7) ausgerichtet wird.
Messverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine erste Referenzmesseinrichtung (15.1) einen ersten Referenzsensor (16) aufweist, der eine erste Referenz-Distanz (L_REF1) zu einem dem ersten Referenzsensor (16) zugeordneten, ersten Referenztarget (17) erfasst, wobei das erste Referenztarget (17) mittels einer Referenz-Klebstoffverbindung (18) unter Verwendung desselben Klebstofftyps an der Rahmenstruktur (14) befestigt wird, der auch zur Befestigung des Messtargets (7) verwendet wird, wobei die Referenz-Klebstoffverbindung (18) ähnlichen bis identischen Umgebungsbedingungen ausgesetzt wird wie das wenigstens eine Messtarget (7), und wobei die parasitäre Targetbewegung anhand bekannter Klebstoffeigenschaften unter Berücksichtigung der erfassten ersten Referenz-Distanz (L_REF1) bestimmt wird.
Messverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ist-Temperatur angrenzend an die Referenz-Klebstoffverbindung (18) mittels eines Temperatursensors (19) erfasst und in die Prognose der parasitären Targetbewegung einbezogen wird.
Messverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine zweite Referenzmesseinrichtung (15.2) einen zweiten Referenzsensor (20) aufweist, der eine zweite Referenz-Distanz (L_REF2) zu einem dem zweiten Referenzsensor (20) zugeordneten, zweiten Referenztarget (21) erfasst, wobei das zweite Referenztarget (21) unmittelbar an der Rahmenstruktur (14) befestigt ist, und wobei eine parasitäre Rahmenbewegung anhand der erfassten, zweiten Referenz-Distanz (L_REF2) bestimmt und in die Prognose der parasitären Targetbewegung einbezogen wird.
Messverfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine dritte Referenzmesseinrichtung (15.3) einen dritten Referenzsensor (22) aufweist, der eine dritte Referenz-Distanz (L_REF3) zu einem dem dritten Referenzsensor (22) zugeordneten, dritten Referenztarget (23) erfasst, wobei das dritte Referenztarget (23) mittels einer Referenz-Klebstoffverbindung (18) unter Verwendung desselben Klebstofftyps an der Rahmenstruktur (14) befestigt wird, der auch für die Befestigung des wenigstens einen Messtargets (7) verwendet wird, und wobei der dritte Referenzsensor (22) und das dritte Referenztarget (23) gekapselt in einem dauerhaften Vakuum angeordnet werden, und wobei die parasitäre Targetbewegung unter Berücksichtigung der erfassten, dritten Referenz-Distanz (L_REF3) und unter Berücksichtigung der mittels dem ersten Referenzsensor (16) erfassten, ersten Referenz-Distanz (L_REF1) prognostiziert wird.
Messverfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass genau eine erste Referenzmesseinrichtung (15.1) vorgesehen ist, um die parasitäre Targetbewegung zu prognostizieren oder mehr als eine erste Referenzmesseinrichtung (15.1) vorgesehen ist, beispielsweise zwei, drei, vier, fünf, sechs oder noch mehr erste Referenzmesseinrichtungen (15.1), um die parasitäre Targetbewegung durch Bildung eines Mittelwerts der jeweiligen Einzelprognosen der ersten Referenzmesseinrichtungen (15.1) zu bestimmen.
Messverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von vierten Referenzmesseinrichtung jeweils einen vierten Referenzsensor aufweisen, die jeweils eine vierte Referenz-Distanz zu einem zugeordneten, vierten Referenztarget erfassen, wobei die vierten Referenztargets mittels jeweiliger Referenz-Klebstoffverbindungen (18) an der Rahmenstruktur (14) befestigt sind, und wobei die parasitäre Targetbewegung unter Berücksichtigung der erfassten vierten Referenz-Distanzen prognostiziert wird, a) wobei sich die Feuchtigkeitseigenschaften der zur Ausbildung der Referenz-Klebstoffverbindungen (18) verwendeten Klebstofftypen messbar voneinander unterscheiden, und wobei die thermischen Eigenschaften der die Referenz-Klebstoffverbindung (18) ausbildenden Klebstofftypen identisch sind; oder b) wobei sich die thermischen Eigenschaften der zur Ausbildung der Referenz-Klebstoffverbindungen (18) verwendeten Klebstofftypen messbar voneinander unterscheiden, und wobei die Feuchtigkeitseigenschaften der die Referenz-Klebstoffverbindung (18) ausbildenden Klebstofftypen identisch sind.
Messanordnung (1) zur Ermittlung der Position und/oder Orientierung eines optischen Elements (2), aufweisend: a) wenigstens eine Sensoreinrichtung (9), die einen von dem optischen Element (2) beabstandeten Sensor (12) aufweist, der zur Erfassung einer Ist-Distanz (L_IST) zwischen dem Sensor (12) und einem dem Sensor (12) zugeordneten, mittels einer Klebstoffverbindung (8) an dem optischen Element (2) befestigten Messtarget (7) ausgebildet ist; b) wenigstens eine an einer dem optischen Element (2) benachbarten Rahmenstruktur (14) angeordnete Referenzmesseinrichtung (15, 15.1, 15.2, 15.3), die zur Prognose einer parasitären Targetbewegung des wenigstens einen Messtargets (7) anhand wenigstens einer Referenzmessung ausgebildet ist; sowie c) eine Steuereinrichtung (13) zur Berechnung der Position und/oder Orientierung des optischen Elements (2) anhand der wenigstens einen erfassten Ist-Distanz (L_IST) der wenigstens einen Sensoreinrichtung (9), unter Berücksichtigung der prognostizierten parasitären Targetbewegung.
Projektionsbelichtungsanlage (100, 200, 400) für die Halbleiterlithografie mit einem Beleuchtungssystem (103, 401) mit einer Strahlungsquelle (402) sowie einer Optik (107, 403, 408), welche ein optisches Element (415, 416, 418, 419, 420, 108, 201) aufweist, wobei die Position und/oder Orientierung des optischen Elements (415, 416, 418, 419, 420, 108, 201) mittels eines Messverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ermittelt wird.