DE102021211801B3

DE102021211801B3 - Verfahren zur Charakterisierung eines optischen Parameters

Info

Publication number: DE102021211801B3
Application number: DE102021211801.1A
Authority: DE
Inventors: Wilbert Kruithof; Vladimir Mitev
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2021-10-19
Filing date: 2021-10-19
Publication date: 2023-04-20
Anticipated expiration: 2041-10-20

Abstract

Ein Verfahren zur Charakterisierung eines optischen Parameters an mehreren optischen Flächen (F1 - F4) mindestens eines Moduls (22) einer Projektionsbelichtungsanlage (10) für die Mikrolithographie umfasst die Schritte: Bestimmen einer Sensitivitätsmatrix (M) durch Simulieren mindestens einer jeweiligen Eigenschaft (41) einer das mindestens eine Modul durchlaufenden Messstrahlung (14) an verschiedenen Orten einer Messebene (25) der Projektionsbelichtungsanalage für eine Vielzahl an vorgegebenen Störungen (S#1) des optischen Parameters auf den optischen Flächen, wobei die Sensitiviätsmatrix einen Zusammenhang zwischen den als Ursachenvektor dargestellten Störungen und den als Wirkungsvektor dargestellten simulierten Eigenschaften der Messstrahlung in der Messebene angibt, Ausführen einer Matrix-Transformation an der bestimmten Sensitivitätsmatrix, Vermessen der mindestens einen jeweiligen Eigenschaft (41) der Messstrahlung an den verschiedenen Orten der Messebene und Darstellen der Messwerte als vermessener Wirkungsvektor (50), sowie Ermitteln von tatsächlichen Störungen (S#1M- S#1M) des optischen Parameters auf den optischen Flächen durch Multiplikation der transformierten Sensitivitätsmatrix (M+) mit dem vermessenen Wirkungsvektor.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Charakterisierung eines optischen Parameters an mehreren optischen Flächen mindestens eines Moduls einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithograhie.
Der grundsätzliche Aufbau einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie ist beispielsweise aus DE 10 2010 062 763 A1 bekannt. Derartige Anlagen können insbesondere ein Beleuchtungssystem mit einer Strahlungsquelle zur Erzeugung von Belichtungsstrahlung und einer Beleuchtungsoptik zur Überführung der Belichtungsstrahlung von der Strahlungsquelle zu einem Objektfeld umfassen. Sie können außerdem ein Projektionsobjektiv zur Abbildung eines im Objektfeld angeordneten Retikels auf einen in einem Bildfeld angeordneten Wafer umfassen. Sowohl die Beleuchtungsoptik als auch das Projektionsobjektiv, sowie gegebenenfalls das Strahlungsquellenmodul, umfassen üblicherweise eine Vielzahl optischer Komponenten, welche Änderungsprozessen, insbesondere den üblichen Alterungsprozessen unterliegen, sodass mindestens ein optischer Parameter der durch die optischen Komponenten gebildeten optischen Flächen verändert werden. Es ist daher wünschenswert, diese optischen Komponenten, insbesondere deren optische Eigenschaften, zu überwachen.
Dazu werden herkömmlicherweise beispielsweise Wellenfrontmessungen im Bildfeld des Projektionsobjektivs durchgeführt. Aus den Messungen werden daraufhin mittels eines Optimierungsalgorithmus Oberflächenveränderungen an den optischen Flächen ermittelt. Die Auswertung mittels eines derartigen Optimierungsalgorithmus ist jedoch in der Regel sehr aufwändig und störanfällig und kann daher nicht immer vollautomatisch erfolgen.
Zum Stand der Technik sei zusätzlich auf die Druckschriften DE 10 2012 205 096 B3 , DE 10 2015 222 377 A1 , WO 2010 / 034 674 A1 und DE 10 2014 008 383 A1 verwiesen.
Zugrunde liegende Aufgabe
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, womit die vorgenannten Probleme gelöst werden, und insbesondere ein optischer Parameter an mehreren optischen Flächen mindestens eines Moduls einer Projektionsbelichtungsanlage mit einer hohen Genauigkeit auf robuste Weise charakterisiert werden können.
Erfindungsgemäße Lösung
Die vorgenannte Aufgabe kann beispielsweise gelöst werden mit einem Verfahren zur Charakterisierung eines optischen Parameters an mehreren optischen Flächen mindestens eines Moduls einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie, mit den Schritten: Bestimmen einer Sensitivitätsmatrix durch Simulieren mindestens einer jeweiligen Eigenschaft einer das mindestens eine Modul durchlaufenden Messstrahlung an verschiedenen Orten einer Messebene der Projektionsbelichtungsanalage für eine Vielzahl an vorgegebenen Störungen des optischen Parameters auf den optischen Flächen, wobei die Sensitivitätsmatrix einen Zusammenhang zwischen den als Ursachenvektor dargestellten Störungen und den als Wirkungsvektor dargestellten simulierten Eigenschaften der Messstrahlung in der Messebene angibt, Ausführen einer Matrix-Transformation an der bestimmten Sensitivitätsmatrix, Vermessen der mindestens einen jeweiligen Eigenschaft der Messstrahlung an den verschiedenen Orten der Messebene und Darstellen der Messwerte als vermessener Wirkungsvektor, sowie Ermitteln von tatsächlichen Störungen des optischen Parameters auf den optischen Flächen durch Multiplikation der transformierten Sensitivitätsmatrix mit dem vermessenen Wirkungsvektor.
Die optischen Flächen im Belichtungsstrahlengang der Projektionsbelichtungsanlage sind optische Flächen von im Belichtungsstrahlengang angeordneten optischen Elementen bzw. optischen Komponenten der Projektionsbelichtungsanlage, wie etwa Spiegeloberflächen oder Linsenoberflächen. Bei dem mindestens einen Modul kann es sich um das Projektionsobjektiv und/oder die Beleuchtungsoptik der Projektionsbelichtungsanlage handeln. Unter den Spiegeloberflächen sind insbesondere die reflektiven Oberflächen von im Projektionsobjektiv und/oder in der Beleuchtungsoptik enthaltenen Spiegelelementen zu verstehen. Weiterhin können die besagten Spiegeloberflächen auch eine die abzubildenden Maskenstrukturen aufweisende reflektive Oberfläche eines Retikels umfassen. In diesem Fall stellt das Retikel einen strukturierten Spiegel dar. Weiterhin können Inhomogenitäten in einem die Spiegeloberflächen unmittelbar umgebenden Gasvolumen und Kontaminationen der Spiegeloberflächen die optischen Eigenschaften der Spiegelobeflächen beeinflussen. Damit können zu den Störungen des optischen Parameters auf den optischen Flächen auch die besagten Inhomogenitäten im Gasvolumen sowie die Kontaminationen beitragen. Das die Spiegeloberflächen unmittelbar umgebende Gasvolumen kann das Gas in einer sogenannten Mini-Umgebung (englisch: mini environment) einer oder mehrerer der Spiegeloberflächen oder dynamische Gaseinschlüsse (englisch: dynamic gas locks), die beim Zwischenfokus (Sn-Unterdrückung usw.), an der Maskenverschiebebühne durch Teilchenabschirmung oder an der Waferverschiebebühne (DGLm) erzeugt werden können, betreffen.
Das Modul kann entweder in Situ in der Projektionsbelichtungsanlage, d.h. im in der Projektionsbelichtungsanlage eingebauten Zustand, oder in einer eigens dafür vorgesehenen Messvorrichtung vermessen werden. Die Eigenschaft der Belichtungsstrahlung an den verschiedenen Orten der Messebene kann die jeweilige Wellenfront am betreffenden Ort oder eine jeweilige winkelaufgelöste Intensitätsverteilung am betreffenden Ort sein.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Auswertung der in der Messebene gemessenen Messwerte durch Multiplikation der transformierten Sensitivitätsmatrix mit dem die Messwerte darstellenden Messvektor kann die Verwendung eines Optimierungsalgorithmus vermieden werden. Das erfindungsgemäße Auswertungsverfahren ist damit sehr robust und kann vollautomatisch erfolgen.
Aufgrund der Bestimmung der genannten Sensitivitätsmatrix gemäß der Erfindung wird ein Basis-freier Ansatz zur Charakterisierung des Zusammenhangs zwischen dem Ursachenvektor und dem Wirkungsvektor gewählt. Im Gegensatz zur Verwendung von Polynomfunktionen, wie etwa von b-Splines oder von Zernike-Polynomen, als Basis zur Charakterisierung dieses Zusammenhangs, ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine Auswertung der in der Messebene gemessenen Messwerte ohne Verwendung einer störanfälligen Optimierungsrechnung. Gemäß einer Ausführungsform ist die Messebene eine Waferebene der Projektionsbelichtungsanlage. Weiterhin kann z.B. die Pupillenebene oder auch eine Ebene zwischen Feld und Pupille als Messebene genutzt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform bezeichnet der optische Parameter eine jeweilige Form der optischen Flächen. Die besagen Störungen des optischen Parameters beschreiben Abweichungen an verschiedenen Orten der optischen Fläche von einer Sollform. Gemäß einer weiteren Ausführungsform bezeichnet der optische Parameter alternativ oder zusätzlich eine Reflektivitätsverteilung entlang der optischen Flächen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform bezeichnet der optische Parameter alternativ oder zusätzlich eine Verteilung einer Polarisationseigenschaft auf die Belichtungsstrahlung entlang der optischen Flächen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist jedes Element der bestimmten Sensitivitätsmatrix einen konstanten mathematischen Parameterwert auf. Das heißt, die Elemente der Sensitivitätsmatrix umfassen keine Funktionen, wie etwa Polynomfunktionen. Mit anderen Worten wird ein Basis-freier Ansatz zur Charakterisierung des Zusammenhangs zwischen dem Ursachenvektor und dem Wirkungsvektor gewählt. Im Gegensatz zur Verwendung von Polynomfunktionen, wie etwa von b-Splines oder von Zernike-Polynomen, als Basis zur Charakterisierung dieses Zusammenhangs, ermöglicht der Basis-freie Ansatz eine robustere Auswertung der in der Messebene gemessenen Messwerte.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die optischen Flächen, an denen der optische Parameter charakterisiert wird, optische Flächen eines Projektionsobjektivs der Projektionsbelichtungsanlage. Alternativ oder zusätzlich können die optischen Flächen auch optische Flächen einer Beleuchtungsoptik der Projektionsbelichtungsanlage sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Matrix-Transformation eine Bestimmung einer linksinversen Matrix aus der bestimmten Sensitivitätsmatrix. Wie dem Fachmann bekannt ist, umfasst gemäß einer Ausführungsvariante die Bestimmung einer mit M⁺ bezeichneten linksinversen Matrix einer Ausgangsmatrix M eine Matrixmultiplikation der transponierten Ausgangsmatrix M^T mit der Ausgangsmatrix M und optional ein additives Hinzufügen eines Regulators (Reg) zur Eingrenzung von Freiheitsgraden zum Ergebnis der Matrixmultiplikation. Weiterhin wird die Inverse der nun vorliegenden Matrix mit der transponierten Ausgangsmatrix M^T multipliziert: M⁺ = (M^TM)^-1 M^T oder M⁺ = (M^TM + Reg)^-1 M^T.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die mindestens eine jeweilige Eigenschaft der Messstrahlung eine Wellenfrontabweichung in verschiedenen Einstrahlrichtungen am jeweiligen Ort der Messebene. Die mindestens eine jeweilige Eigenschaft am jeweiligen Ort kann etwa eine Wertesammlung der Wellenfrontabweichungen in den verschiedenen Einstrahlrichtungen in Form eines Eigenschaftsvektors umfassen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfassen die einzelnen Spalten der Sensitivitätsmatrix die simulierten Eigenschaften für jeweils eine Störung des optischen Parameters.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst jede der Spalten der Sensitivitätsmatrix die Wellenfrontabweichungen in den verschiedenen Einstrahlrichtungen für die verschiedenen Orte der Messebene. Unter den verschiedenen Orten der Messebene sind diejenigen Orte der Messebene zu verstehen, an denen die vorstehend beschriebene Simulation erfolgt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden vor der Simulation der jeweiligen Eigenschaft der Messstrahlung die Orte auf den optischen Flächen, an denen die bei der Simulation berücksichtigten Störungen des optischen Parameters angeordnet sind, ausgewählt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Orte, an denen die bei der Simulation berücksichtigten Störungen des optischen Parameters angeordnet sind, ungleichmäßig über die optischen Flächen verteilt. Dies kann insbesondere aus Signal/Rausch-Verhältnisüberlegungen besonders vorteilhaft sein. Alternativ können die Orte jeweils in einem gleichmäßigen Raster über die optischen Flächen verteilt sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Projektionsbelichtungsanlage eine Betriebswellenlänge im EUV-Wellenlängenbereich auf. Das heißt, das Verfahren wird gemäß dieser Ausführungsform zur Charakterisierung eines optischen Parameters an optischen Flächen in Gestalt von Spiegeln einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage angewandt. Gemäß einer alternativen Ausführungsform weist die Projektionsbelichtungsanlage eine Betriebswellenlänge im DUV-Wellenlängenbereich, z.B. etwa 365 nm, etwa 248 nm oder etwa 193 nm, auf. Das heißt, das Verfahren kann auch zur Charakterisierung eines optischen Parameters an optischen Flächen in Gestalt von Linsenoberflächen einer DUV-Projektionsbelichtungsanlage verwendet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Messstrahlung eine in einem Belichtungsstrahlengang der Projektionsbelichtungsanlage verlaufende Belichtungsstrahlung.
Die bezüglich der vorstehend aufgeführten Ausführungsformen, Ausführungsbeispiele bzw. Ausführungsvarianten, etc. des erfindungsgemäßen Verfahrens angegebenen Merkmale werden in der Figurenbeschreibung und den Ansprüchen erläutert. Die einzelnen Merkmale können entweder separat oder in Kombination als Ausführungsformen der Erfindung verwirklicht werden. Weiterhin können sie vorteilhafte Ausführungsformen beschreiben, die selbstständig schutzfähig sind und deren Schutz ggf. erst während oder nach Anhängigkeit der Anmeldung beansprucht wird.
Figurenliste
Die vorstehenden, sowie weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung werden in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung beispielhafter erfindungsgemäßer Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Zeichnungen veranschaulicht. Es zeigt:

1 eine Ausführungsform einer Projektionsbelichtungsanlage mit Messsensoren zur Messung mindestens einer jeweiligen Eigenschaft einer Messstrahlung an verschiedenen Orten einer Waferebene, sowie
2 eine Veranschaulichung der Vorgehensweise gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform zur Auswertung der mittels eines der Messsensoren gemäß 1 gemessenen Eigenschaften der Messstrahlung zur Charakterisierung eines optischen Parameters an optischen Flächen eines Projektionsobjektivs der Projektionsbelichtungsanlage.

Detaillierte Beschreibung erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele
In den nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen bzw. Ausführungsformen oder Ausführungsvarianten sind funktionell oder strukturell einander ähnliche Elemente soweit wie möglich mit den gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen. Daher sollte zum Verständnis der Merkmale der einzelnen Elemente eines bestimmten Ausführungsbeispiels auf die Beschreibung anderer Ausführungsbeispiele oder die allgemeine Beschreibung der Erfindung Bezug genommen werden.
Zur Erleichterung der Beschreibung ist in der Zeichnung ein kartesisches xyz-Koordinatensystem angegeben, aus dem sich die jeweilige Lagebeziehung der in den Figuren dargestellten Komponenten ergibt. In 1 verläuft die y-Richtung senkrecht zur Zeichenebene in diese hinein, die x-Richtung nach rechts und die z-Richtung nach oben.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer Projektionsbelichtungsanlage 10 für die Mikrolithographie. Die vorliegende Ausführungsform ist zum Betrieb im EUV-Wellenlängenbereich, d.h. mit elektromagnetischer Strahlung einer Wellenlänge kleiner als 100 nm, insbesondere einer Wellenlänge von etwa 13,5 nm oder etwa 6,7 nm ausgelegt. Aufgrund dieser Betriebswellenlänge sind alle optischen Elemente als Spiegel ausgeführt. Die Erfindung ist jedoch nicht auf Projektionsbelichtungsanlagen im EUV-Wellenlängenbereich begrenzt. Weitere erfindungsgemäße Ausführungsformen sind beispielsweise auf Betriebswellenlängen im UV-Bereich, wie beispielsweise 365 nm, 248 nm oder 193 nm ausgelegt. In diesem Fall sind zumindest einige der optischen Elemente als herkömmliche Transmissionslinsen konfiguriert.
Die Projektionsbelichtungsanlage 10 gemäß 1 umfasst eine Belichtungsstrahlungsquelle 12 zur Erzeugung von Belichtungsstrahlung 14. Im vorliegenden Fall ist die Belichtungsstrahlungsquelle 12 als EUV-Quelle ausgeführt und kann beispielsweise eine Plasmastrahlungsquelle umfassen. Die Belichtungsstrahlung 14 durchläuft zunächst eine Beleuchtungsoptik 16 und wird von dieser auf eine in einer Maskenebene 19 angeordneten Maske 18 in Gestalt eines Retikels gelenkt. Die Beleuchtungsoptik 16 ist dazu konfiguriert, unterschiedliche Winkelverteilungen der auf die Maske 18 auftreffenden Belichtungsstrahlung 14 zu erzeugen und umfasst dazu eine Mehrzahl an optischen Elementen in Gestalt von Spiegeln 16-1, 16-2, 16-3 und 16-4. Abhängig von einer vom Benutzer gewünschten Beleuchtungseinstellung, auch „Beleuchtungssetting“ genannt, konfiguriert die Beleuchtungsoptik 16 die Winkelverteilung der auf die Maske 18 auftreffenden Belichtungsstrahlung 14. Beispiele für wählbare Beleuchtungseinstellungen umfassen eine sogenannte Dipol-Beleuchtung, annulare Beleuchtung und Quadrupolbeleuchtung.
Die Maske 18 weist Maskenstrukturen zur Abbildung auf ein Substrat in Gestalt eines Wafers 24 auf und ist auf einer Maskenverschiebebühne 20 verschiebbar gelagert. Die Maske 18 kann, wie in 1 dargestellt, als Reflexionsmaske ausgeführt sein oder alternativ, insbesondere für die UV-Lithographie, auch als Transmissionsmaske konfiguriert sein. Die Belichtungsstrahlung 14 wird in der Ausführungsform gemäß 1 an der Maske 18 reflektiert und durchläuft daraufhin ein Projektionsobjektiv 22, welches dazu konfiguriert ist, die Maskenstrukturen auf den in einer Waferebene 25 angeordneten Wafer 24 abzubilden. Der gesamte Strahlengang der Belichtungsstrahlung 14 durch die Beleuchtungsoptik 16 sowie das Projektionsobjektiv 22 wird Belichtungsstrahlengang 28 bezeichnet.
Die Belichtungsstrahlung 14 wird innerhalb des Projektionsobjektivs 22 mittels einer Vielzahl von optischen Elementen, vorliegend in Gestalt der Spiegel S1 bis S4, geführt. Jeder der Spiegel S1 bis S4 umfasst eine optische Fläche F1 bis F4 in Gestalt einer Reflexionsfläche. Im Fall eines für die DUV-Lithographie ausgelegten Projektionsobjektivs 22 können Linsen als optische Elemente vorgesehen sein, welche mit ihrer Vorder- und Rückseite jeweils zwei optische Flächen umfassen. Das Wafer 24 ist auf einer Waferverschiebebühne 26 verschiebbar gelagert. Die Projektionsbelichtungsanlage 10 kann als sogenannter Scanner oder als sogenannter Stepper ausgeführt sein.
In die Waferverschiebebühne 26 sind ein Wellenfrontsensor 30, ein Uniformitätssensor 36 sowie ein Polarisationssensor 38 integriert. Mittels dieser Sensoren lassen sich unterschiedliche Eigenschaften der Belichtungsstrahlung 14 an verschiedenen Orten der als Messebene dienenden Waferebene 25 zur Charakterisierung verschiedener optischer Parameter an den optischen Flächen F1 bis F4 vermessen. Die verschiedenen vermessenen Orte in der Waferebene 25 liegen in der in 2 dargestellten Ausführungsform in einem statischen Bildfeld 40 und werden als Feldpunkte FP1 bis FP91 bezeichnet. Unter dem statischen Bildfeld 40 ist ein Bildfeld des Projektionsobjektivs 22 zu verstehen, welches ohne Ausführen einer Scanbewegung der Maskenverschiebebühne 20 sowie der Waferverschiebebühne 26, in der Waferebene 25 entsteht. Die Feldpunkte FP1 bis FP91 sind rasterartig in 13 Spalten mit jeweils 7 Feldpunkten über das Belichtungsfeld des gekrümmten Scanschlitzes verteilt. Zur Vermessung der Feldpunkte wird durch geeignete Verschiebung der Waferverschiebebühne 26 der betreffende Sensor 30, 36 bzw. 38 an dem jeweiligen Feldpunkt FP1 bis FP91 angeordnet.
Bei Verwendung des Wellenfrontsensors 30 wird an jedem Feldpunkt eine jeweilige Wellenfrontabweichung der Belichtungsstrahlung 14 in verschiedenen Einstrahlrichtungen vermessen, beispielsweise werden in der Ausführungsform gemäß 2 an jedem der Feldpunkte FP1 bis FP91 die Wellenfrontabweichungen 41 für 100 unterschiedliche Einstrahlrichtungen vermessen. Diese Wertesammlung wird auch als Eigenschaftsvektor 42 des betreffenden Feldpunktes bezeichnet. Der mittels der vom Wellenfrontsensor 30 gemessenen Wellenfrontabweichungen 41 charakterisierte Parameter ist eine jeweilige Form der optischen Flächen F1 bis F4, d.h. die Wellenfrontabweichungen 41 dienen der Charakterisierung der jeweiligen Form der optischen Flächen F1 bis F4 bzw. von Abweichungen oder Störungen der Form in Bezug auf eine jeweiligen Sollform.
Zur Wellenfrontvermessung mittels des Wellenfrontsensors 30 wird ein Kohärenzretikel in die Maskenebene 19 angeordnet. Gemäß einer Ausführungsform des Wellenfrontsensors 30 umfasst dieser ein in der Waferebene 25 angeordnetes Beugungsgitter 32 sowie einen unterhalb des Beugungsgitters 32 angeordneten ortsauflösenden Intensitätssensor 34.
Mittels des Uniformitätssensors 30 kann die richtungsabhängige Intensitätsverteilung der Belichtungsstrahlung 14 an den verschiedenen Feldpunkten FP1 bis FP91 vermessen werden. Der mittels dieser Messwerte charakterisierbare optische Parameter ist eine Reflexionsverteilung entlang der optischen Flächen F1 bis F4.
Mittels des Polarisationssensors 38 kann die richtungsabhängige Polarisationsverteilung der Belichtungsstrahlung 14 an den verschiedenen Feldpunkten FP1 bis FP91 vermessen werden. Der mittels dieser Messwerte charakterisierbare optische Parameter ist eine Verteilung einer Polarisationseigenschaft entlang der optischen Flächen F1 bis F4.
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Charakterisierung eines optischen Parameters an den optischen Flächen F1 bis F4 anhand von 2 erläutert. In diesem Ausführungsbeispiel dient die jeweilige Form der optischen Flächen F1 bis F4 als der optische Parameter, d.h. die jeweilige Form der optischen Flächen F1 bis F4 wird charakterisiert.
Zunächst wird eine Sensitivitätsmatrix M per Simulation ermittelt. Dazu werden N Störungen S#1 bis S#N des optischen Parameters auf den optischen Flächen F1 bis F4 vorgegeben. Beispielsweise handelt es sich dabei um mindestens 50, insbesondere um mindestens 100 oder um mindestens 500, verschiedene Störungen auf jeder der optischen Flächen F1 bis F4, d.h. N hat den Wert von mindestens 200, mindestens 400 bzw. mindestens 2000. Diese Störungen sind gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel Störungen in der Form der optischen Flächen F1 bis F4. Gemäß einer Ausführungsvariante werden dazu die optischen Flächen F1 bis F4 in ein jeweiliges Pixelraster von z.B. k x k Pixeln eingeteilt und die Störungen dadurch vorgegeben, dass nacheinander für jedes der Pixel eine Abweichung einer vorgegebenen Höhe, von z.B. 1 nm, von der Sollform angenommen wird, während die jeweils anderen Pixel jeweils ihre Sollhöhe aufweisen. Damit ergeben sich im genannten Beispiel 4 x k x k Störungen. Alternativ können auch Störungen vorgegebenen werden, bei denen für mehrere Pixel gleichzeitig eine Abweichung von der Sollform vorliegen. Weiterhin können Störungen auch durch unterschiedliche Abweichungen einzelner Pixel definiert werden. Darüber hinaus können die Orte der Störungen S#1 bis S#N ungleichmäßig über optischen Flächen F1 bis F4 verteilt sein. Die Vorgabe der N Störungen S#1 bis S#N kann entweder fest vorgesehen sein oder in einen Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens vor der Simulation der Sensitivitätsmatrix M eigens ausgewählt werden.
In 1 ist beispielhaft eine Störung S#1 veranschaulicht, bei der ein erster Pixel des Spiegels S1, und zwar ein am linken Rand des Spiegels S1 liegender Pixel, eine vorgegebene Störung, etwa in Form einer Abweichung von 1 nm von der Sollform aufweist. Bei einer zweiten Störung S#2 könnte dann etwa der benachbarte Pixel die genannte Abweichung aufweisen, während der erste Pixel dann keine Abweichung aufweist, u.s.w.
Nun wird per Simulationsrechnung, etwa auf Grundlage von Strahlverfolungsrechnung (engl. ray tracing) der Einfluss der Störung S#1 auf die Strahlungsverteilung der Belichtungsstrahlung 28 auf dem Spiegel S2, dem Spiegel S3 sowie dem Spiegel S4 berechnet. Die Belichtungsstrahlung 28 dient hier als Messstrahlung. Alternativ kann eine Messvorrichtung vorgesehen sein, welche eine geeignete Messstrahlung zum Durchstrahlen des Projektionsobjektivs 22 entlang des Belichtungsstrahlengangs 28 erzeugt.
Wie in 2 beispielhaft dargestellt, kann die Pixel-Störung S#1 auf dem Spiegel S1 beispielsweise eine mehrere Pixel überdeckende resultierende Störung R#1 im Bereich schräg rechts unten der Strahlungsverteilung des Spiegels S4 bewirken. Im Weiteren werden daraufhin mittels der Simulationsrechnung eine einstrahlwinkelabhängige Wellenfrontabweichungsverteilung 44 an den einzelnen Feldpunkten FP1 bis FP94 des Bildfelds 40 berechnet. Beispielhaft sind in 2 derartige Wellenfrontabweichungsverteilungen 44 für die Feldpunkte FP1 und FP34 veranschaulicht, welche jeweils an unterschiedlichen Winkeln ein Maximum 46 aufweisen.
Aus den Wellenfrontabweichungsverteilungen 44 werden dann die bereits vorstehend erwähnten Eigenschaftsvektoren 42 mit den Wellenfrontabweichungen 41 als Vektorelementen zusammengestellt. Alle Eigenschaftsvektoren 42 zur Störung S#1 werden daraufhin in der ersten Spalte der Sensitivitätsmatrix M in der Reihenfolge der Feldpunkte FP untereinander angeordnet, wie beispielhaft in 2 für die Eigenschaftsvektoren der Feldpunkte FP1 und FP34 veranschaulicht.
Die weiteren Spalten der Sensitivitätsmatrix M werden dann analog mit den Eigenschaftsvektoren 42 der weiteren Störungen S#2, S#3, etc. befüllt, d.h. die zweite Spalte wird mit den Eigenschaftsvektoren 42 der zweiten Störung S#2, die dritte Spalte mit den Eigenschaftsvektoren 42 der dritten Störung S3, usw. befüllt. Mittels der Simulation wird für jedes Element der Sensitivitätsmatrix M ein fester Wert berechnet, d.h. jedes Element der Sensitivitätsmatrix M weist einen konstanten mathematischen Parameterwert auf.
Nachstehend werden die Störungen S#1 bis S#N als Ursachenvektor x: $x = (\begin{matrix} S # 1 \\ ⋮ \\ S # N \end{matrix})$
und die bei einer beliebigen Kombination von Störungen S#1 bis S#N resultierenden Wellenfrontabweichungen in der vorstehend bezüglich der einzelnen Spalten der Sensitivitätsmatrix M erläuterten Anordnung (Eigenschaftsvektoren 42 für alle Feldpunkte FP1 bis FP91 untereinander) als Wirkungsvektor w dargestellt.
Die ermittelte Sensitivitätsmatrix M stellt wie folgt einen Zusammenhang zwischen dem vorgegebenen Ursachenvektor x und dem simulierten Wirkungsvektor w dar: $w = M \cdot x$
Nach der Ermittlung des Sensitivitätsmatrix M wird an dieser eine Matrix-Transformation zur Bestimmung ihrer linksinversen Matrix M⁺ durchgeführt. Gemäß einer Ausführungsform wird M⁺ folgt bestimmt: $M^{+} = {(M^{T} M)}^{- 1} M^{T},$
wobei M^T die Inverse der Senstivitätsmatix M und (M^TM)^-1 die Inverse von (M^TM) bezeichnet.
Alternativ kann wie folgt eine Regulator-Matrix (Reg) zur Eingrenzung von Freiheitsgraden berücksichtigt werden: $M^{+} = {(M^{T} M + Reg)}^{- 1} M^{T}$
In einem weiteren Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Wirkungsvektor w_M eines zu charakterisierenden Projektionsobjektivs 22 mittels des vorstehend beschriebenen Wellenfrontsensors 30 vermessen, d.h. die jeweiligen Eigenschaften in Form von Wellenfrontabweichungen 41 der als Messstrahlung dienenden Belichtungsstrahlung 14 werden an den verschiedenen Feldpunkten FP1 bis FP91 in dem Bildfeld 40 vermessen. Der vermessene Wirkungsvektor w_M wird in 2 mit dem Bezugszeichen 50 bezeichnet.
Aus dem vermessenen Wirkungsvektor w_M werden nun die tatsächlichen Störungen bzw. die gemessenen Störungen S#1_M bis S#1N_M auf den optischen Flächen F1 bis F4 des zu charakterisierenden Projektionsobjektivs 22 in Gestalt eines vermessenen Störvektors x_M ermittelt. Dies geschieht wie folgt durch Matrix-Multiplikation der linksinversen Matrix M⁺ mit dem vermessenen Wirkungsvektor w_M: $x_{M} = M^{+} \cdot w_{M}$
Der in 2 auch mit dem Bezugszeichen 48 bezeichnete vermessene Störvektor x_M als Ergebnis der erfindungsgemäßen Auswertung umfasst als Vektorelemente alle Störungen S#1_M bis S#1N_M auf den optischen Flächen F1 bis F4 und damit die Charakterisierung der jeweiligen Form der optischen Flächen F1 bis F4.
Die mathematische Auswertung im erfindungsgemäßen Verfahren kommt ohne einer aufwändigen und störanfälligen Optimierungsrechnung aus. Vielmehr kann der Störvektor x_M mittels der vorstehend aufgeführten Matrix-Vektor-Mulitiplikation der linksinversen Matrix M⁺ mit dem Vektor w_M rekonstruiert werden. Die Rekonstruktion ist damit vergleichsweise einfach und robust.
Die vorstehende Beschreibung beispielhafter Ausführungsbeispiele, Ausführungsformen bzw. Ausführungsvarianten ist exemplarisch zu verstehen. Die damit erfolgte Offenbarung ermöglicht es dem Fachmann einerseits, die vorliegende Erfindung und die damit verbundenen Vorteile zu verstehen, und umfasst andererseits im Verständnis des Fachmanns auch offensichtliche Abänderungen und Modifikationen der beschriebenen Strukturen und Verfahren. Daher sollen alle derartigen Abänderungen und Modifikationen, insoweit sie in den Rahmen der Erfindung gemäß der Definition in den beigefügten Ansprüchen fallen, sowie Äquivalente vom Schutz der Ansprüche abgedeckt sein.
Bezugszeichenliste

10: Projektionsbelichtungsanlage
12: Belichtungsstrahlungsquelle
14: Belichtungsstrahlung
16: Beleuchtungsoptik
16-1, 16-2, 16-3 und 16-4: Spiegel der Beleuchtungsoptik
18: Maske
19: Maskenebene
20: Maskenverschiebebühne
22: Projektionsobjektiv
24: Wafer
25: Waferebene
26: Waferverschiebebühne
28: Belichtungsstrahlengang
30: Wellenfrontsensor
32: Beugungsgitter
34: ortsauflösender Intensitätssensor
36: Uniformitätssensor
38: Polarisationssensor
40: statisches Bildfeld
41: Wellenfrontabweichung
42: Eigenschaftsvektor
44: Wellenfrontabweichungsverteilung
46: Maximum in der Wellenfrontabweichungsverteilung
48: vermessener Störvektor x_M
50: vermessener Wirkungsvektor w_M
S1 bis S4: Spiegel des Projektionsobjektivs
F1 bis F4: optische Flächen
FP1 bis FP91: Feldpunkte
M: Sensitivitätsmatrix
S#1: Störung des optischen Parameters
R#1: resultierende Störung in der Strahlungsverteilung von Spiegel S4

Claims

Verfahren zur Charakterisierung eines optischen Parameters an mehreren optischen Flächen (F1 - F4) mindestens eines Moduls (22) einer Projektionsbelichtungsanlage (10) für die Mikrolithographie, mit den Schritten: - Bestimmen einer Sensitivitätsmatrix (M) durch Simulieren mindestens einer jeweiligen Eigenschaft (41) einer das mindestens eine Modul durchlaufenden Messstrahlung (14) an verschiedenen Orten einer Messebene (25) der Projektionsbelichtungsanalage für eine Vielzahl an vorgegebenen Störungen (S#1) des optischen Parameters auf den optischen Flächen, wobei die Sensitiviätsmatrix einen Zusammenhang zwischen den als Ursachenvektor dargestellten Störungen und den als Wirkungsvektor dargestellten simulierten Eigenschaften der Messstrahlung in der Messebene angibt, - Ausführen einer Matrix-Transformation an der bestimmten Sensitivitätsmatrix, - Vermessen der mindestens einen jeweiligen Eigenschaft (41) der Messstrahlung an den verschiedenen Orten der Messebene und Darstellen der Messwerte als vermessener Wirkungsvektor (50), sowie - Ermitteln von tatsächlichen Störungen (S#1_M - S#1_M) des optischen Parameters auf den optischen Flächen durch Multiplikation der transformierten Sensitivitätsmatrix (M⁺) mit dem vermessenen Wirkungsvektor.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem als Messebene eine Waferebene (25) der Projektionsbelichtungsanlage verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem durch den optischen Parameter eine jeweilige Form der optischen Flächen (F1 - F4) bezeichnet wird.
Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem durch den optischen Parameter eine Reflektivitätsverteilung entlang der optischen Flächen bezeichnet wird.
Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem durch den optischen Parameter eine Verteilung einer Polarisationseigenschaft auf die Belichtungsstrahlung entlang der optischen Flächen bezeichnet wird.
Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem als optische Flächen, an denen der optische Parameter charakterisiert wird, optische Flächen eines Projektionsobjektivs der Projektionsbelichtungsanlage verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem die Matrix-Transformation eine Bestimmung einer linksinversen Matrix (M⁺) aus der bestimmten Sensitivitätsmatrix umfasst.
Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem die mindestens eine jeweilige Eigenschaft der Messstrahlung (14) eine Wellenfrontabweichung (41) in verschiedenen Einstrahlrichtungen am jeweiligen Ort der Messebene (25) umfasst.
Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem die einzelnen Spalten der Sensitivitätsmatrix die simulierten Eigenschaften (41) für jeweils eine Störung (S#1) des optischen Parameters umfassen.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, bei dem jede der Spalten der Sensitivitätsmatrix die Wellenfrontabweichungen in den verschiedenen Einstrahlrichtungen für die verschiedenen Orte (FP1 - FP91) der Messebene (25) umfasst.
Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem vor der Simulation der jeweiligen Eigenschaft der Messstrahlung die Orte auf den optischen Flächen (F1 - F4), an denen die bei der Simulation berücksichtigten Störungen (S#1) des optischen Parameters angeordnet sind, ausgewählt werden.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Orte, an denen die bei der Simulation berücksichtigten Störungen des optischen Parameters angeordnet sind, ungleichmäßig über die optischen Flächen (F1 - F4) verteilt sind.
Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem die Projektionsbelichtungsanlage (10) eine Betriebswellenlänge im EUV-Wellenlängenbereich aufweist.
Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem die Messstrahlung eine in einem Belichtungsstrahlengang (28) der Projektionsbelichtungsanlage verlaufende Belichtungsstrahlung (14) ist.