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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines optischen Systems.
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Stand der Technik
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Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise oder LCD's, angewendet. Der Mikrolithographieprozess wird in einer sogenannten Projektionsbelichtungsanlage durchgeführt, welche eine Beleuchtungseinrichtung und ein Projektionsobjektiv aufweist. Das Bild einer mittels der Beleuchtungseinrichtung beleuchteten Maske (= Retikel) wird hierbei mittels des Projektionsobjektivs auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes und in der Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnetes Substrat (z.B. ein Siliziumwafer) projiziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen.
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In für den EUV-Bereich ausgelegten Projektionsobjektiven, d.h. bei Wellenlängen von z.B. etwa 13 nm oder etwa 7 nm, werden mangels Verfügbarkeit geeigneter lichtdurchlässiger refraktiver Materialien Spiegel als optische Komponenten für den Abbildungsprozess verwendet.
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Das Projektionsobjektiv kann in einem bekannten Aufbau sowohl eine lastabtragende Tragstruktur in Form eines Tragrahmens als auch eine unabhängig hiervon vorgesehene Messstruktur in Form eines Sensorrahmens aufweisen, wobei sowohl Tragstruktur als auch Messstruktur unabhängig voneinander über als dynamische Entkopplung wirkende mechanische Anbindungen an eine Basis des optischen Systems mechanisch angebunden sind.
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Ein im Betrieb einer Projektionsbelichtungsanlage auftretendes Problem ist, dass aufgrund thermaler Einflüsse (zu denen sowohl die im Betrieb einwirkende elektromagnetische Strahlung als auch Wärmedissipation an Komponenten wie z.B. Aktoren oder Heizvorrichtungen gehören) thermisch induzierte Deformationen des Sensorrahmens auftreten können, wodurch letztlich optische Aberrationen im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage hervorgerufen werden.
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Ein in der Praxis hierbei weiter bestehendes Problem ist, dass zur Ermittlung des thermalen Zustands des optischen Systems bzw. Projektionsobjektivs der Projektionsbelichtungsanlage verwendete Temperatursensoren nur in begrenzter Anzahl und insbesondere häufig nicht an den jeweiligen Positionen der hinsichtlich ihres zuverlässigen Betriebs zu überwachenden Komponenten vorhanden sind. Dieser Umstand hat zusammen mit der vorhandenen Komplexität des aus unterschiedlichen Modulen zusammengesetzten optischen Systems zur Folge, dass die Fehlersuche sowie Einleitung geeigneter Gegenmaßnahmen, wie z.B. der Austausch oder die Wartung bestimmter Komponenten, erst verspätet (z.B. erst nach Eintritt eines außerplanmäßigen Ausfalls des optischen Systems) eingeleitet werden, wodurch die Verfügbarkeit der Projektionsbelichtungsanlage in unerwünschter Weise eingeschränkt wird.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Vor dem obigen Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines optischen Systems bereitzustellen, welches eine möglichst zuverlässige und frühzeitige Fehlererkennung sowie die Einplanung geeigneter Gegenmaßnahmen ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines optischen Systems weist folgende Schritte auf:
- a) Sensorgestütztes Messen von Werten wenigstens einer physikalischen Größe an einer Mehrzahl unterschiedlicher Sensorpositionen im optischen System; und
- b) Diagnostizieren eines existierenden oder zu erwartenden Fehlbetriebs des optischen Systems auf Basis dieser Messung;
wobei anhand der im Schritt a) gemessenen Werte eine modellbasierte Bestimmung wenigstens eines Parameters an weiteren, jeweils keiner der Sensorpositionen entsprechenden Positionen vorgenommen wird, wobei das Diagnostizieren im Schritt b) ferner anhand dieser modellbasierten Bestimmung erfolgt.
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Der Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, im Betrieb eines optischen Systems die Diagnostizierung eines Fehlbetriebs (insbesondere unter Lokalisierung entsprechender Fehlerursachen) insofern mit erhöhter Informationsdichte zu realisieren, als über die sensorgestützte Messung einer oder mehrerer physikalischer Größen (wie z.B. der Temperatur) hinaus ein geeignetes Modell in die Diagnose einbezogen wird, um zusätzlich einen für diese Diagnose relevanten Parameter (z.B. die Wärmelast) an weiteren, nicht über die vorhandenen Sensoren unmittelbar „beobachtbaren“ Positionen zu ermitteln.
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Im Ergebnis kann so anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens eine wesentlich zuverlässigere und insbesondere frühzeitigere Fehlererkennung sowie entsprechende Einplanung geeigneter Gegenmaßnahmen erfolgen.
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Die wenigstens eine im Schritt a) gemessene physikalische Größe kann insbesondere die Temperatur, in weiteren Ausführungsformen jedoch zusätzlich oder alternativ beispielsweise auch die durch das optische System in einer vorgegebenen Ebene bereitgestellte Wellenfront umfassen.
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Der wenigstens eine modellbasiert bestimmte Parameter kann insbesondere die Wärmelast umfassen.
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Gemäß einer Ausführungsform befinden sich die genannten weiteren, jeweils keiner der Sensorpositionen entsprechenden Positionen jeweils an einer hinsichtlich ihres Betriebs zu überwachenden Komponente des optischen Systems.
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Gemäß einer Ausführungsform wird anhand der modellbasierten Bestimmung wenigstens eines Parameters an weiteren, jeweils keiner der Sensorpositionen entsprechenden Positionen eine Gegenmaßnahme zur Beseitigung oder Vermeidung des Fehlbetriebs eingeplant. Dabei kann insbesondere auch eine Warnung oder dergleichen erfolgen, in welcher ggf. auch ein Hinweis auf ein vermutlich fehlerhaftes Bauteil enthalten sein kann.
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Gemäß einer Ausführungsform erfolgt diese Einplanung zusätzlich basierend auf einer Bewertung der Relevanz des Fehlbetriebs. Hierbei kann insbesondere berücksichtigt werden, wenn ein bevorstehender Ausfall einer Komponente z.B. kein Ausschalten des gesamten optischen Systems rechtfertigt, so dass in diesem Falle für einen ggf. gebotenen Austausch der betreffenden Komponente auch die nächste, ohnehin geplante Wartungspause genutzt werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das optische System ein optisches System für die Mikrolithographie, insbesondere ein Projektionsobjektiv einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.
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Gemäß einer Ausführungsform sind die Sensoren an einem Sensorrahmen der Projektionsbelichtungsanlage angeordnet. Die weiteren, jeweils keiner der Sensorpositionen entsprechenden Positionen können sich insbesondere an einem Tragrahmen der Projektionsbelichtungsanlage befinden.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Figurenliste
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer beispielhaften Architektur, in welcher ein erfindungsgemäßes Verfahren realisiert werden kann;
- 2 ein Diagramm zur Erläuterung eines der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Prinzips; und
- 3 eine schematische Darstellung des möglichen Aufbaus einer für den Betrieb im EUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 zeigt eine lediglich schematische und stark vereinfachte Darstellung einer möglichen Architektur innerhalb einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, in welcher das erfindungsgemäße Verfahren realisiert werden kann.
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Gemäß 1 ist dabei eine Mehrzahl von Spiegeln 101 an einer lastabtragenden Tragstruktur in Form eines Tragrahmens 110 montiert, wobei mit „102“ Aktoren zur Positionierung der Spiegel 101 bezeichnet sind. Des Weiteren ist eine von dem Tragrahmen 110 dynamisch entkoppelte Messstruktur in Form eines Sensorrahmens 120 vorgesehen. Ebenfalls in 1 angedeutet sind jeweils von einem Kühlfluid durchströmte Kühlvorrichtungen für den Tragrahmen 110, den Sensorrahmen 120 sowie auch für eine zwischen Tragrahmen 110 und Sensorrahmen 120 befindliche Wärmeabschirmung. Konkret ist mit „130“ eine thermale Abschirmung des optischen Pfades und mit „131“ ein von einem Kühlfluid durchströmtes (z.B. wassergekühltes) Wärmeschild zwischen Tragrahmen 110 und Sensorrahmen 120 bezeichnet.
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Gemäß der in 1 dargestellten thermalen Architektur dienen eine Mehrzahl von Sensoren 125 zur Messung der an unterschiedlichen Positionen vorliegenden Temperatur.
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Ein wesentliches Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens ist nun, dass anhand der sensorgestützt gemessenen (im Beispiel Temperatur-)Werte modellbasiert ein relevanter Parameter (im Beispiel der Wärmestrom) auch an anderen, nicht den Sensorpositionen entsprechenden Positionen berechnet und einer Diagnostizierung eines existierenden oder zu erwartenden Fehlbetriebs des optischen Systems zugrundegelegt werden. Im konkreten Beispiel von 1 kann insbesondere der jeweilige Wärmestrom etwa im Bereich der Aktoren 102 modellbasiert berechnet werden, so dass ein gegebenenfalls existierender oder bevorstehender Fehlbetrieb der Aktoren 102 diagnostiziert werden kann, ohne dass hierzu auf Temperatursensoren im Bereich der Aktoren 102 zurückgegriffen werden müsste, welche ja im Aufbau gemäß 1 dort nicht vorhanden sind. Mit der erfindungsgemäßen modell- und messungsbasierten Methode können auch Rückschlüsse auf andere Wärmelasten, wie z.B. Heizvorrichtungen oder parasitäre Lasten von elektrischen Zuführungen bzw. Kabeln oder auch Schnittstellenlasten zum übrigen Teil des optischen Systems (z.B. der Projektionsbelichtungsanlage) gezogen werden.
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Im Ergebnis wird erfindungsgemäß modellbasiert eine - im Vergleich zu einer ausschließlichen Nutzung der temperaturgestützt gemessenen Werte - wesentlich erhöhte Informationsdichte bereitgestellt, wodurch wiederum eine Fehlererkennung sowie die Einleitung entsprechend geeigneter Gegenmaßnahmen mit größerer Zuverlässigkeit und insbesondere auch wesentlich frühzeitiger erfolgen kann.
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2 zeigt wiederum lediglich exemplarisch ein Diagramm mit beispielhaften zeitabhängigen Temperaturverläufen an unterschiedlichen Positionen des optischen Systems, wobei die jeweils durchgezogenen Kurven den an unterschiedlichen Sensorpositionen erfassten Messdaten entsprechen. Die gestrichelten Kurven in 2 entsprechen hingegen Daten, welche wie vorstehend beschrieben modellbasiert an weiteren (nicht den Sensorpositionen entsprechenden) Positionen berechnet werden. Dabei ist darauf hinzuweisen, dass das Diagramm von 2 lediglich beispielhaft ist, wobei insbesondere die Anzahl der (gestrichelten) Kurven bzw. Daten, welche modellbasiert für die weiteren (nicht den Sensorpositionen entsprechenden) Positionen ermittelt werden, die Anzahl der sensorgestützt gemessenen Kurven auch wesentlich übersteigen kann.
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Modellbasiert lässt sich ein Zusammenhang zwischen den Wärmelasten an verschiedenen Stellen Positionen innerhalb des optischen Systems bzw. des Projektionsobjektivs und der gemessenen Temperaturen bestimmen:
wobei T[K] die gemessene Temperatur an verschiedenen Sensorpositionen und Q[W] der dissipierte Wärmestrom einzelner Komponenten bezeichnet. B[K/W] bezeichnet eine Sensitivitätsmatrix, die anhand eines thermalen Modells für das optische System bzw. Projektionsobjektiv bestimmt und mit Hilfe von Messungen aktualisiert werden kann. Gleichung (1) lässt sich in Matrixschreibweise darstellen als
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Hierbei kann modellbasiert die Wärmelast an beliebig vielen Stellen im optischen System bzw. Projektionsobjektiv definiert werden. Die Auswirkungen dieser Wärmelast auf einen bestimmten Temperatursensor wird anhand der Einträge in der Sensitivitätsmatrix B bestimmt.
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Bei bekanntem Zusammenhang gemäß Gleichung (1) kann somit modellbasiert und anhand sensorbasierter Temperaturmessungen der Wärmestrom an diversen weiteren (jeweils keiner Sensorposition entsprechenden) Positionen im optischen System bestimmt werden, um eine ggf. vorhandene Wärmeüberlast zu lokalisieren. Darüber hinaus können ggf. Messungen weiterer physikalischer Größen (z.B. Messung der elektrischen Spannung oder des elektrischen Stroms) herangezogen werden, um eine Änderung der Aktuatorleistung zu bestimmen. Anhand dieser Informationen lässt sich wiederum bestimmen, ob eine vorhandene überhöhte Wärmelast mit hoher Wahrscheinlichkeit ihren Ursprung in einem oder mehreren der Aktuatoren oder an anderen Positionen des optischen Systems hat.
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In weiteren Ausführungsformen können zusätzlich auch sensorgestützt gemessene optische Aberrationen herangezogen werden, um den Ursprung einer Wärmeüberlast zu ermitteln. Thermale Effekte hinterlassen eine bestimmte Signatur des Overlay Fehlers, die dazu verwendet werden kann, Wärmeüberlasten im optischen System bzw. Projektionsobjektiv zu lokalisieren. Ähnlich zu Gleichung (1) lässt sich folgender Zusammenhang angeben
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In einem Beispiel kann die optische Messung einen erhöhten Overlay-Beitrag zeigen, wobei aufgrund der Ergebnisse der Temperaturmessungen ein Verdacht auf ein thermales Problem besteht. Modellbasiert lässt sich mit Hilfe der gemessenen Temperaturen dieser Verdacht durch Verwendung von Gl. (3) bestätigen oder widerlegen. Im Falle einer Bestätigung wird dann das Gleichungssystem (1) mit allen vorhandenen gemessenen Informationen genutzt, um den Ursprung des Problems zu lokalisieren.
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3 zeigt eine schematische Darstellung einer für den Betrieb im EUV ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage 1, in der die Erfindung beispielsweise realisierbar ist. Die Beschreibung des grundsätzlichen Aufbaus der Projektionsbelichtungsanlage 1 sowie deren Bestandteile sei hierbei nicht einschränkend verstanden.
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Eine Ausführung eines Beleuchtungssystems 2 der Projektionsbelichtungsanlage 1 hat neben einer Licht- bzw. Strahlungsquelle 3 eine Beleuchtungsoptik 4 zur Beleuchtung eines Objektfeldes 5 in einer Objektebene 6. Bei einer alternativen Ausführung kann die Lichtquelle 3 auch als ein zum sonstigen Beleuchtungssystem separates Modul bereitgestellt sein. In diesem Fall umfasst das Beleuchtungssystem die Lichtquelle 3 nicht.
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Belichtet wird hierbei ein im Objektfeld 5 angeordnetes Retikel 7. Das Retikel 7 ist von einem Retikelhalter 8 gehalten. Der Retikelhalter 8 ist über einen Retikelverlagerungsantrieb 9 insbesondere in einer Scanrichtung verlagerbar. In 1 ist zur Erläuterung ein kartesisches xyz-Koordinatensystem eingezeichnet. Die x-Richtung verläuft senkrecht zur Zeichenebene hinein. Die y-Richtung verläuft horizontal und die z-Richtung verläuft vertikal. Die Scanrichtung verläuft in 1 längs der y-Richtung. Die z-Richtung verläuft senkrecht zur Objektebene 6.
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Das Projektionsobjektiv 10 dient zur Abbildung des Objektfeldes 5 in ein Bildfeld 11 in einer Bildebene 12. Abgebildet wird eine Struktur auf dem Retikel 7 auf eine lichtempfindliche Schicht eines im Bereich des Bildfeldes 11 in der Bildebene 12 angeordneten Wafers 13. Der Wafer 13 wird von einem Waferhalter 14 gehalten. Der Waferhalter 14 ist über einen Waferverlagerungsantrieb 15 insbesondere längs der y-Richtung verlagerbar. Die Verlagerung einerseits des Retikels 7 über den Retikelverlagerungsantrieb 9 und andererseits des Wafers 13 über den Waferverlagerungsantrieb 15 kann synchronisiert zueinander erfolgen.
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Bei der Strahlungsquelle 3 handelt es sich um eine EUV-Strahlungsquelle. Die Strahlungsquelle 3 emittiert insbesondere EUV-Strahlung, welche im Folgenden auch als Nutzstrahlung oder Beleuchtungsstrahlung bezeichnet wird. Die Nutzstrahlung hat insbesondere eine Wellenlänge im Bereich zwischen 5 nm und 30 nm. Bei der Strahlungsquelle 3 kann es sich zum Beispiel um eine Plasmaquelle, eine synchrotronbasierte Strahlungsquelle oder um einen Freie-Elektronen-Laser („Free-Electron-Laser“, FEL) handeln. Die Beleuchtungsstrahlung 16, die von der Strahlungsquelle 3 ausgeht, wird von einem Kollektor 17 gebündelt und propagiert durch einen Zwischenfokus in einer Zwischenfokusebene 18 in die Beleuchtungsoptik 4. Die Beleuchtungsoptik 4 weist einen Umlenkspiegel 19 und diesem im Strahlengang nachgeordnet einen ersten Facettenspiegel 20 (mit schematisch angedeuteten Facetten 21) und einen zweiten Facettenspiegel 22 (mit schematisch angedeuteten Facetten 23) auf.
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Das Projektionsobjektiv 10 weist eine Mehrzahl von Spiegeln Mi (i= 1, 2, ...) auf, welche gemäß ihrer Anordnung im Strahlengang der Projektionsbelichtungsanlage 1 durchnummeriert sind. Bei dem in der 1 dargestellten Beispiel weist das Projektionsobjektiv 10 sechs Spiegel M1 bis M6 auf. Alternativen mit vier, acht, zehn, zwölf oder einer anderen Anzahl an Spiegeln Mi sind ebenso möglich. Der vorletzte Spiegel M5 und der letzte Spiegel M6 weisen jeweils eine Durchtrittsöffnung für die Beleuchtungsstrahlung 16 auf. Bei dem Projektionsobjektiv 10 handelt es sich um eine doppelt obskurierte Optik. Das Projektionsobjektiv 10 hat eine bildseitige numerische Apertur, die größer ist als 0.5 und die auch größer sein kann als 0.6 und die beispielsweise 0.7 oder 0.75 betragen kann.
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Wenn die Erfindung auch anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben wurde, erschließen sich für den Fachmann zahlreiche Variationen und alternative Ausführungsformen, z.B. durch Kombination und/oder Austausch von Merkmalen einzelner Ausführungsformen. Dementsprechend versteht es sich für den Fachmann, dass derartige Variationen und alternative Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung mit umfasst sind und die Reichweite der Erfindung nur im Sinne der beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalente beschränkt ist.