DE102022200976A1

DE102022200976A1 - Kalibrierkörper und Verfahren zur Kalibrierung

Info

Publication number: DE102022200976A1
Application number: DE102022200976.2A
Authority: DE
Inventors: Stefan Link; Christoph Grosse
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2022-01-31
Filing date: 2022-01-31
Publication date: 2023-01-05

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kalibrierkörper (41,61) für eine Vorrichtung (32) zur Erfassung einer Temperaturverteilung auf einer Oberfläche eines optischen Elementes für eine Projektionsbelichtungsanlage (1,101) für die Halbleiterlithografie mit einer Kalibrierfläche (42,63) zur Kalibrierung der Vorrichtung (32), welche sich dadurch auszeichnet, dass auf der der Kalibrierfläche (42,63) gegenüberliegenden Rückseite des Kalibrierkörpers (41,61) mindestens ein Temperatursensor (48) angeordnet ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Kalibrierung einer Vorrichtung (32) zur Erfassung einer Temperaturverteilung auf einer Oberfläche eines optischen Elementes (Mx, 117) für eine Projektionsbelichtungsanlage (1,101) für die Halbleiterlithografie mit einem Kalibrierkörper (41,61) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, umfassend folgende Verfahrensschritte:- Bestimmung von mindestens einem Teilkalibrierparameter auf Basis einer Eingangstemperaturverteilung des Kalibrierkörpers (41,61),- Bestimmung von mindestens einem Teilkalibrierparametern auf Basis eines mit dem Kalibrierkörper (41,61) durchfahrenen Prozesszyklus,- Bestimmung eines Kalibrierparameters durch Superposition der bestimmten Teilkalibrierparametern zur Kalibrierung der Vorrichtung (32) zur Erfasssung einer Temperaturverteilung auf einer Oberfläche.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kalibrierkörper für eine Vorrichtung zur Erfassung einer Temperaturverteilung auf einer Oberfläche eines optischen Elementes für eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithografie und ein Verfahren zur Kalibrierung.
Projektionsbelichtungsanlagen für die Halbleiterlithografie sind darauf angewiesen, dass die zur Abbildung einer Maske in eine Bildebene genutzten optischen Elemente eine hohe Genauigkeit ihrer Oberflächenform aufweisen. Dies gilt für Projektionsbelichtungsanlagen für den DUV-Wellenlängenbereich und für den EUV-Wellenlängenbereich von 1-120 nm und insbesondere für reflektive optische Elemente wie Spiegel und im EUV-Wellenlängenbereich ebenso für auf Grund der Wellenlänge ebenfalls als reflektive optische Elemente ausgebildete Masken.
Methoden zur Korrektur der Oberflächenform von optischen Elementen sind insbesondere aus US 6 844 272 B2 , US 6 849 859 B2 , DE 102 39 859 A1 , US 6 821 682 B1 , US 2004 0061868 A1 , US 2003 0006214 A1 , US 2003 00081722 A1 , US 6 898 011 B2 , US 7 083 290 B2 , US 7 189 655 B2 , US 2003 0058986 A1 , DE 10 2007 051 291 A1 , EP 1 521 155 A2 und US 4 298 247 bekannt.
Einige der in den genannten Schriften aufgeführten Korrekturmethoden basieren darauf, das Substratmaterial von optischen Elementen durch Bestrahlung lokal zu verdichten. Hierdurch wird eine Veränderung der Oberflächenform des optischen Elements in der Nähe der bestrahlten Bereiche erzielt. Andere Methoden basieren auf einem direkten Oberflächenabtrag des optischen Elements. Wiederum andere der genannten Methoden nutzen die thermische oder elektrische Verformbarkeit von Materialien, um den optischen Elementen räumlich ausgedehnte Oberflächenform-änderungen aufzuprägen.
Die DE 10 2011084117 A1 und die WO 2011/020655 A1 offenbaren Methoden, um das reflektierende optische Element zusätzlich zur Korrektur der Oberflächenform vor einer langfristigen Verdichtung (nachfolgend als „Kompaktierung“ bezeichnet) in der Größenordnung von einigen Vol.-% bzw. Alterung des Substratmaterials aufgrund von EUV-Strahlung zu schützen. Dazu wird die Oberfläche des reflektierenden optischen Elementes homogen mit Strahlung beaufschlagt und damit verdichtet und/oder mit einer Schutzschicht beschichtet. Beide Verfahren verhindern das Eindringen der EUV-Strahlung in das Substratmaterial. Dadurch können langfristig unzulässige Oberflächenverformungen durch Kompaktierung des Materials durch die EUV-Strahlung verhindert werden.
Als Ursache der Kompaktierung bzw. Alterung von Substratmaterialien, wie zum Beispiel Zerodur® von der Schott AG oder ULE® von Corning Inc. mit einem Anteil von mehr als 40 Vol.-% SiO2, wird angenommen, dass bei den hohen Herstelltemperaturen des Substratmaterials ein thermodynamischer Ungleichgewichtszustand eingefroren wird, welcher bei EUV Bestrahlung in einen thermodynamischen Grund-zustand übergeht. Passend zu dieser Hypothese lassen sich Beschichtungen aus SiO2 herstellen, die keine solche Kompaktierung zeigen, da bei entsprechend gewählter Beschichtungsmethode diese Schichten bei wesentlich niedrigeren Temperaturen als das Substratmaterial hergestellt werden.
Die Kompaktierung geht über die Zeit zurück, wodurch sich die Oberflächenform wiederum verändert. Dieser Rückgang der Kompaktierung, der im Folgenden auch als Dekompaktierung bezeichnet wird, beruht vermutlich auf einer Relaxation der durch die Bestrahlung im Material erzeugten Defektzustände. Die über die Zeit durch die Dekompaktierung während des Betriebs beim Kunden verursachten Veränderungen der Oberflächenform können durch Tempern des optischen Elementes während der Fertigung vorweggenommen werden. Dadurch werden die möglicherweise verbleibende Dekompaktierung und die daraus folgenden Veränderungen der Oberfläche während des Betriebes beim Kunden auf ein Minimum reduziert. Dazu wird das optische Element homogen und/oder lokal über einen längeren Zeitraum auf Temperaturen über der normalen Betriebstemperatur erwärmt, was einer Beschleunigung und dadurch einer Vorwegnahme der über die Zeit stattfindenden Dekompaktierung gleich kommt. Zur Regelung des Wärmeeintrags in das optische Element wird die Oberflächentemperatur des optischen Elementes durch eine Wärmebildkamera erfasst, welche auch im Betrieb von Projektionsbelichtungsanlagen zur Erfassung von Oberflächentemperaturen der optischen Elemente eingesetzt werden kann. Durch verschiedene Störungen, wie beispielsweise durch die von der Kamera aufgenommene von der Oberfläche des optischen Elementes reflektierte Hintergrundstrahlung, die Form und Position der zu erfassenden Fläche und die Oberflächeneigenschaften der zu erfassenden Fläche kann die Messgenauigkeit der Wärmebildkamera lokal variieren, so dass zumindest bereichsweise die mit jeder Generation steigenden Produktanforderungen an die Messgenauigkeit nicht mehr erfüllt werden können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Kalibrierkörper und ein Verfahren zur Kalibrierung einer Vorrichtung zur Erfassung einer Temperaturverteilung eines optischen Elementes für eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithografie bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung und ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen und Varianten der Erfindung.
Ein erfindungsgemäßer Kalibrierkörper für eine Vorrichtung zur Erfassung einer Temperaturverteilung auf einer Oberfläche eines optischen Elementes für eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithografie umfasst eine Kalibrierfläche, wobei auf der der Kalibrierfläche gegenüberliegenden Rückseite des Kalibrierkörpers mindestens ein Temperatursensor angeordnet ist. Die Kalibrierfläche des Kalibrierkörpers ist dabei diejenige Oberfläche, welche zur Kalibrierung der entsprechenden Vorrichtung, welche beispielsweise als eine Wärmebildkamera ausgebildet sein kann, mit elektromagnetischer Strahlung zur Erzeugung einer Temperaturverteilung beaufschlagt wird. Die Temperatursensoren können beispielsweise als Temperaturfühler Pt-100 ausgebildet sein.
Dabei kann die Kalibrierfläche des Kalibrierkörpers - insbesondere hinsichtlich ihrer Topographie - einer optischen Wirkfläche des optischen Elementes nachempfunden sein. Dies hat den Vorteil, dass die Einfallswinkel und/oder Reflektionswinkel bei einer Beaufschlagung des Kalibrierkörpers mit einer elektromagnetischen Strahlung identisch zu denen des beispielsweise als Spiegel ausgebildeten optischen Elementes sein können. Dadurch kann eine Temperaturverteilung auf der Kalibrierfläche erzeugt werden, welche der des Spiegels bei einer späteren Bearbeitung oder der Nutzung in einer Projektionsbelichtungsanlage entsprechen kann und durch die Temperatursensoren erfasst werden kann.
Weiterhin kann die Kalibrierfläche des Kalibrierkörpers geschlossen ausgebildet sein. Die geschlossene Oberfläche hat den Vorteil, dass diese leicht aus einem einstückigen Kalibrierkörper ausgebildet werden kann und dadurch der Wärmeleitkoeffizient über die gesamte Oberfläche konstant ist. Insbesondere bei einem Material mit einem hohen Wärmeleitkoeffizienten kann sich eine nahezu homogene Temperaturverteilung mit geringen Temperaturgradienten über der Oberfläche ausbilden.
Alternativ kann die Kalibrierfläche des Kalibrierkörpers unterbrochen ausgebildet sein.
Insbesondere kann der Kalibrierkörper mindestens zwei Segmente umfassen. Dies hat den Vorteil, dass insbesondere bei großen Kalibrierkörpern durch die Segmente die Herstellung vereinfacht werden kann und dadurch die Herstellkosten gesenkt werden können.
Weiterhin kann der Kalibrierkörper Aussparungen für Kacheln aufweisen, wobei die Kacheln insbesondere zylindrisch ausgebildet sein können. Kacheln sind Bauteile, welche derart in den Kalibrierkörper beziehungsweise in die Segmente des Kalibrierkörpers eingepasst werden, dass sich die Kalibrierfläche aus der Oberfläche der Kacheln und der Oberfläche des Kalibrierkörpers/der Segmente ergibt, wobei zwischen den Kacheln und dem Kalibrierkörper/den Segmenten eine Isolation angeordnet sein kann. Wie schon bei den Segmenten kann durch eine thermische Isolation der Kacheln gegenüber den Segmenten ein Material des Kalibrierkörpers mit einem niedrigen Wärmeleitkoeffizient simuliert werden. Je kleiner die Fläche beziehungsweise das Volumen der Kachel, desto kleiner ist der simulierte Wärmeleitkoeffizient des Kalibrierkörpers. Durch eine geeignete Auswahl der Fläche der Kacheln kann die Verteilung der Wärmeleitkoeffizienten des optischen Elementes in dem Kalibrierkörper nachgestellt werden. Die Beaufschlagung mit einer elektromagnetischen Strahlung mit einer vorbestimmten Leistungsverteilung kann dadurch zu einer vergleichbaren Temperaturverteilung im Kalibrierkörper führen.
Weiterhin kann der Temperatursensor in der Kachel angeordnet sein. Der Temperatursensor kann in einer Aussparung, welche von der der Kalibrierfläche des Kalibrierkörpers abgewandten Rückseite der Kachel bis wenige Millimeter unter die Oberfläche der Kachel ausgebildet ist, eingeklebt werden. Dabei kann der Klebstoff als Füllstoff Materialien mit einem hohen Wärmeübergangskoeffizienten umfassen, um eine gute Wärmeleitung zwischen der Kachel und dem Temperaturfühler zu gewährleisten.
Insbesondere kann die Kachel aus einem Material mit einem hohen Wärmeleitkoeffizienten hergestellt sein. Dies hat den Vorteil, dass die von den Temperaturfühlern erfasste Temperatur durch den geringen Temperaturgradienten nahezu der Temperatur an der Kalibrierfläche des Kalibrierkörpers entspricht und Temperaturänderungen schneller erfasst werden, das System also weniger träge ist.
Daneben können die Segmente aus einem Material mit einem hohen Wärmeleitkoeffizienten hergestellt sein. Durch die Verbindungsstellen der Segmente können bestimmte Bereiche des Kalibrierkörpers thermisch voneinander isoliert werden, wodurch ein Material mit einem geringeren Wärmeleitkoeffizienten simuliert werden kann.
Insbesondere kann zwischen den Segmenten eine Isolation angeordnet sein. Diese kann die thermische Abgrenzung der Segmente zueinander noch weiter verstärken.
Insbesondere kann die Kalibrierfläche des Kalibrierkörpers eine Beschichtung mit den gleichen Reflektionseigenschaften wie eine auf den optischen Elementen der Projektionsbelichtungsanlage ausgebildeten Beschichtung aufweisen. Dadurch kann die auf der Kalibrierfläche des Kalibriermoduls bewirkte Temperaturverteilung und die von der Kalibrierfläche reflektierte Strahlung noch näher an dem späteren Betriebsfall sein, wodurch die Kalibrierung eine höhere Messgenauigkeit der beispielsweise als Wärmebildkamera ausgebildeten Vorrichtung zur Erfassung einer Oberfläche eines optischen Elementes erreichen kann.
Weiterhin kann die Kalibrierfläche des Kalibrierkörpers eine Beschichtung mit den gleichen Emissionseigenschaften wie eine auf den optischen Elementen der Projektionsbelichtungsanlage ausgebildete Beschichtung aufweisen. Dadurch werden die für die Temperaturverteilung auf der Kalibrierfläche des Kalibrierkörpers relevanten physikalischen Eigenschaften des optischen Elementes durch den Kalibrierkörper noch genauer nachgebildet und die Messgenauigkeit der Wärmebildkamera kann vorteilhaft gesteigert werden.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Erfindung ein Kalibriermodul mit einem Kalibrierkörper nach einer der weiter oben beschrieben Ausführungsformen einschließen. Das Kalibriermodul umfasst neben dem Kalibrierkörper noch eine Fassung, mit welcher der Kalibrierkörper über eine Lagerung verbunden ist. Die Fassung ihrerseits ist über Adapter mit einer Aufnahme verbunden. Weiterhin umfasst das Kalibriermodul eine Ansteuerelektronik, welche die Signale der Temperatursensoren erfassen, auswerten und auch an eine übergeordnete Ansteuerung weiterleiten kann.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Erfindung eine Kalibriervorrichtung mit einem weiter oben beschriebenen Kalibrierkörper oder Kalibriermodul einschließen. Die Kalibriervorrichtung umfasst eine Aufnahme für die Wärmebildkamera und bildet die Umgebung des optischen Elementes nach. Im Fall, dass die Kamera wie weiter oben beschrieben in einer Vorrichtung zur Bearbeitung der Oberfläche des optischen Elementes verwendet werden soll, ist diese derart ausgebildet, dass die Aufnahme, Adapter oder Fassungen direkt in die Vorrichtung eingebaut werden können. Im Fall einer Kalibrierung der Wärmebildkamera für die Verwendung in einer Projektionsbelichtungsanlage wird die Kalibriervorrichtung derart ausgebildet, dass die Umgebung zumindest von den physikalischen Eigenschaften, wie der Reflektion und der Emission, der Umgebung in der Projektionsbelichtungsanlage nahekommt.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Kalibrierung einer Vorrichtung zur Erfassung einer Temperaturverteilung auf einer Oberfläche eines optischen Elementes für eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithografie mit einem Kalibrierkörper nach einem der weiter oben beschriebenen Ausführungsformen umfasst folgende Verfahrensschritte:

- Bestimmung von Teilkalibrierparametern auf Basis einer Eingangstemperaturverteilung des Kalibrierkörpers,
- Bestimmung von Teilkalibrierparametern auf Basis eines mit dem Kalibrierkörper durchfahrenen Prozesszyklus,
- Bestimmung eines Kalibrierparameters zur Kalibrierung der Vorrichtung zur Erfassung einer Temperaturverteilung.

Der Kalibrierparameter kann einen Faktor, einen Offset oder andere mathematische Terme umfassen, mit welchen ein von der beispielsweise als Wärmebildkamera ausgebildeten Vorrichtung zur Erfassung einer Temperaturverteilung auf einer Oberfläche eines optischen Elementes erfasstes Bild oder zumindest ein Ausschnitt des erfassten Bildes kalibriert werden kann. Durch weitere im Folgenden beschriebene Verfahrensschritte kann der zur Kalibrierung verwendete Term aus verschiedenen Teilkalibrierparametern zusammengesetzt werden, also durch Superposition einzelner Terme erzeugt werden.
Insbesondere kann der Prozesszyklus mindesten eine Haltephase umfassen.
Weiterhin kann der Prozesszyklus mindestens eine Beaufschlagungsphase umfassen, in welcher die Kalibrierfläche des Kalibrierkörpers mit einer elektromagnetischen Strahlung mit einer örtlich variierenden Leistung beaufschlagt werden kann, welche einer Leistungsverteilung einer elektromagnetischen Strahlung entsprechen kann, mit welcher die Oberfläche des optischen Elementes bei der Herstellung und/oder im späteren Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage üblicherweise beaufschlagt wird.
Insbesondere kann die Beaufschlagungsphase innerhalb einer Haltephase ausgeführt werden. Die Beaufschlagungsphase also innerhalb einer Haltephase durchlaufen wird, bevor eine Erhöhung der Temperatur auf eine weitere Haltphase folgt.
Weiterhin kann die Temperatur von einer Haltephase auf eine Temperatur einer weiteren Haltephase durch eine Erwärmung mit einer konstanten Heizrate erhöht werden.
Insbesondere kann die Heizrate zwischen den Haltephasen unterschiedliche Steigungen aufweisen. Umfasst beispielsweise ein Prozesszyklus mehrere Haltephasen, kann sich die Steigung der Heizrate von der ersten zur zweiten Haltephase von der Steigung der Heizrate von der zweiten zur dritten Haltephase unterscheiden.
Daneben kann der Kalibrierkörper zum Ende des Prozesszyklus in einer Abkühlphase P_A mit mindestens zwei unterschiedlichen Kühlraten abgekühlt werden.
Weiterhin kann ein Prozesszyklus ausgehend von unterschiedlichen Eingangstemperaturverteilungen gestartet werden. Dadurch können der oder die Kalibrierparameter für reale Lastfälle, also einer bei der Bearbeitung oder im Betrieb auftretenden Beaufschlagung des optischen Elementes mit elektromagnetischer Strahlung, auf Basis unterschiedlicher Prozesszyklen und von unterschiedlichen Eingangstemperaturverteilungen ausgehend bestimmt werden. Ist eine Superpositionierung der verschiedenen Kalibrierparameter zur Erreichung der geforderten Messgenauigkeit der Wärmebildkamera nicht ausreichend, können die Kalibrierparameter durch ein exaktes Nachstellen des realen Lastfalls, mit welchem das optische Element bei einer Bearbeitung oder im Betrieb beaufschlagt wird, bestimmt werden, wodurch die Messgenauigkeit durch die derart bestimmten Kalibrierparameter wirksam erhöht werden kann.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele und Varianten der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

1 schematisch im Meridionalschnitt eine Projektionsbelichtungsanlage für die EUV-Projektionslithografie,
2 schematisch im Meridionalschnitt eine Projektionsbelichtungsanlage für die DUV-Projektionslithografie,
3 eine Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Kalibriervorrichtung,
4a, b eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Kalibriermoduls,
5a, b eine schematische Darstellung für eine weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kalibriermoduls,
6 ein Diagramm zur Erläuterung eines erfindungsgemäßen Kalibrierverfahrens, und
7 ein Flussdiagramm zu einem erfindungsgemäßen Kalibrierverfahren.

Im Folgenden werden zunächst unter Bezugnahme auf die 1 exemplarisch die wesentlichen Bestandteile einer Projektionsbelichtungsanlage 1 für die Mikrolithografie beschrieben. Die Beschreibung des grundsätzlichen Aufbaus der Projektionsbelichtungsanlage 1 sowie deren Bestandteile sind hierbei nicht einschränkend verstanden.
Eine Ausführung eines Beleuchtungssystems 2 der Projektionsbelichtungsanlage 1 hat neben einer 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.
Belichtet wird 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 der 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 der 1 längs der y-Richtung. Die z-Richtung verläuft senkrecht zur Objektebene 6.
Die Projektionsbelichtungsanlage 1 umfasst eine Projektionsoptik 10. Die Projektionsoptik 10 dient zur Abbildung des Objektfeldes 5 in ein Bildfeld 11 in einer Bildebene 12. Die Bildebene 12 verläuft parallel zur Objektebene 6. Alternativ ist auch ein von 0° verschiedener Winkel zwischen der Objektebene 6 und der Bildebene 12 möglich.
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.
Bei der Strahlungsquelle 3 handelt es sich um eine EUV-Strahlungsquelle. Die Strahlungsquelle 3 emittiert insbesondere EUV-Strahlung 16, welche im Folgenden auch als Nutzstrahlung, Beleuchtungsstrahlung oder Beleuchtungslicht bezeichnet wird. Die Nutzstrahlung hat insbesondere eine Wellenlänge im Bereich zwischen 5 nm und 30 nm. Bei der Strahlungsquelle 3 kann es sich um eine Plasmaquelle handeln, zum Beispiel um eine LPP-Quelle (Laser Produced Plasma, mithilfe eines Lasers erzeugtes Plasma) oder um eine DPP-Quelle (Gas Discharged Produced Plasma, mittels Gasentladung erzeugtes Plasma). Es kann sich auch um eine synchrotronbasierte Strahlungsquelle handeln. Bei der Strahlungsquelle 3 kann es sich 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. Bei dem Kollektor 17 kann es sich um einen Kollektor mit einer oder mit mehreren ellipsoidalen und/oder hyperboloiden Reflexionsflächen handeln. Die mindestens eine Reflexionsfläche des Kollektors 17 kann im streifenden Einfall (Grazing Incidence, GI), also mit Einfallswinkeln größer als 45°, oder im normalen Einfall (Normal Incidence, NI), also mit Einfallwinkeln kleiner als 45°, mit der Beleuchtungsstrahlung 16 beaufschlagt werden. Der Kollektor 17 kann einerseits zur Optimierung seiner Reflektivität für die Nutzstrahlung und andererseits zur Unterdrückung von Falschlicht strukturiert und/oder beschichtet sein.
Nach dem Kollektor 17 propagiert die Beleuchtungsstrahlung 16 durch einen Zwischenfokus in einer Zwischenfokusebene 18. Die Zwischenfokusebene 18 kann eine Trennung zwischen einem Strahlungsquellenmodul, aufweisend die Strahlungsquelle 3 und den Kollektor 17, und der Beleuchtungsoptik 4 darstellen.
Die Beleuchtungsoptik 4 umfasst einen Umlenkspiegel 19 und diesem im Strahlengang nachgeordnet einen ersten Facettenspiegel 20. Bei dem Umlenkspiegel 19 kann es sich um einen planen Umlenkspiegel oder alternativ um einen Spiegel mit einer über die reine Umlenkungswirkung hinaus bündelbeeinflussenden Wirkung handeln. Alternativ oder zusätzlich kann der Umlenkspiegel 19 als Spektralfilter ausgeführt sein, der eine Nutzlichtwellenlänge der Beleuchtungsstrahlung 16 von Falschlicht einer hiervon abweichenden Wellenlänge trennt. Sofern der erste Facettenspiegel 20 in einer Ebene der Beleuchtungsoptik 4 angeordnet ist, die zur Objektebene 6 als Feldebene optisch konjugiert ist, wird dieser auch als Feldfacettenspiegel bezeichnet. Der erste Facettenspiegel 20 umfasst eine Vielzahl von einzelnen ersten Facetten 21, welche im Folgenden auch als Feldfacetten bezeichnet werden. Von diesen Facetten 21 sind in der 1 nur beispielhaft einige dargestellt.
Die ersten Facetten 21 können als makroskopische Facetten ausgeführt sein, insbesondere als rechteckige Facetten oder als Facetten mit bogenförmiger oder teilkreisförmiger Randkontur. Die ersten Facetten 21 können als plane Facetten oder alternativ als konvex oder konkav gekrümmte Facetten ausgeführt sein.
Wie beispielsweise aus der DE 10 2008 009 600 A1 bekannt ist, können die ersten Facetten 21 selbst jeweils auch aus einer Vielzahl von Einzelspiegeln, insbesondere einer Vielzahl von Mikrospiegeln, zusammengesetzt sein. Der erste Facettenspiegel 20 kann insbesondere als mikroelektromechanisches System (MEMS-System) ausgebildet sein. Für Details wird auf die DE 10 2008 009 600 A1 verwiesen.
Zwischen dem Kollektor 17 und dem Umlenkspiegel 19 verläuft die Beleuchtungsstrahlung 16 horizontal, also längs der y-Richtung.
Im Strahlengang der Beleuchtungsoptik 4 ist dem ersten Facettenspiegel 20 nachgeordnet ein zweiter Facettenspiegel 22. Sofern der zweite Facettenspiegel 22 in einer Pupillenebene der Beleuchtungsoptik 4 angeordnet ist, wird dieser auch als Pupillenfacettenspiegel bezeichnet. Der zweite Facettenspiegel 22 kann auch beabstandet zu einer Pupillenebene der Beleuchtungsoptik 4 angeordnet sein. In diesem Fall wird die Kombination aus dem ersten Facettenspiegel 20 und dem zweiten Facettenspiegel 22 auch als spekularer Reflektor bezeichnet. Spekulare Reflektoren sind bekannt aus der US 2006/0132747 A1 , der EP 1 614 008 B1 und der US 6,573,978 .
Der zweite Facettenspiegel 22 umfasst eine Mehrzahl von zweiten Facetten 23. Die zweiten Facetten 23 werden im Falle eines Pupillenfacettenspiegels auch als Pupillenfacetten bezeichnet.
Bei den zweiten Facetten 23 kann es sich ebenfalls um makroskopische Facetten, die beispielsweise rund, rechteckig oder auch hexagonal berandet sein können, oder alternativ um aus Mikrospiegeln zusammengesetzte Facetten handeln. Diesbezüglich wird ebenfalls auf die DE 10 2008 009 600 A1 verwiesen.
Die zweiten Facetten 23 können plane oder alternativ konvex oder konkav gekrümmte Reflexionsflächen aufweisen.
Die Beleuchtungsoptik 4 bildet somit ein doppelt facettiertes System. Dieses grundlegende Prinzip wird auch als Wabenkondensor (Fly's Eye Integrator) bezeichnet.
Es kann vorteilhaft sein, den zweiten Facettenspiegel 22 nicht exakt in einer Ebene, welche zu einer Pupillenebene der Projektionsoptik 10 optisch konjugiert ist, anzuordnen. Insbesondere kann der Pupillenfacettenspiegel 22 gegenüber einer Pupillenebene der Projektionsoptik 10 verkippt angeordnet sein, wie es zum Beispiel in der DE 10 2017 220 586 A1 beschrieben ist.
Mit Hilfe des zweiten Facettenspiegels 22 werden die einzelnen ersten Facetten 21 in das Objektfeld 5 abgebildet. Der zweite Facettenspiegel 22 ist der letzte bündelformende oder auch tatsächlich der letzte Spiegel für die Beleuchtungsstrahlung 16 im Strahlengang vor dem Objektfeld 5.
Bei einer weiteren, nicht dargestellten Ausführung der Beleuchtungsoptik 4 kann im Strahlengang zwischen dem zweiten Facettenspiegel 22 und dem Objektfeld 5 eine Übertragungsoptik angeordnet sein, die insbesondere zur Abbildung der ersten Facetten 21 in das Objektfeld 5 beiträgt. Die Übertragungsoptik kann genau einen Spiegel, alternativ aber auch zwei oder mehr Spiegel aufweisen, welche hintereinander im Strahlengang der Beleuchtungsoptik 4 angeordnet sind. Die Übertragungsoptik kann insbesondere einen oder zwei Spiegel für senkrechten Einfall (NI-Spiegel, Normal Incidence Spiegel) und/oder einen oder zwei Spiegel für streifenden Einfall (GI-Spiegel, Gracing Incidence Spiegel) umfassen.
Die Beleuchtungsoptik 4 hat bei der Ausführung, die in der 1 gezeigt ist, nach dem Kollektor 17 genau drei Spiegel, nämlich den Umlenkspiegel 19, den Feldfacettenspiegel 20 und den Pupillenfacettenspiegel 22.
Bei einer weiteren Ausführung der Beleuchtungsoptik 4 kann der Umlenkspiegel 19 auch entfallen, so dass die Beleuchtungsoptik 4 nach dem Kollektor 17 dann genau zwei Spiegel aufweisen kann, nämlich den ersten Facettenspiegel 20 und den zweiten Facettenspiegel 22.
Die Abbildung der ersten Facetten 21 mittels der zweiten Facetten 23 beziehungsweise mit den zweiten Facetten 23 und einer Übertragungsoptik in die Objektebene 6 ist regelmäßig nur eine näherungsweise Abbildung.
Die Projektionsoptik 10 umfasst eine Mehrzahl von Spiegeln Mi, welche gemäß ihrer Anordnung im Strahlengang der Projektionsbelichtungsanlage 1 durchnummeriert sind.
Bei dem in der 1 dargestellten Beispiel umfasst die Projektionsoptik 10 sechs Spiegel M1 bis M6. 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 haben jeweils eine Durchtrittsöffnung für die Beleuchtungsstrahlung 16. Bei der Projektionsoptik 10 handelt es sich um eine doppelt obskurierte Optik. Die Projektionsoptik 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.
Reflexionsflächen der Spiegel Mi können als Freiformflächen ohne Rotationssymmetrieachse ausgeführt sein. Alternativ können die Reflexionsflächen der Spiegel Mi als asphärische Flächen mit genau einer Rotationssymmetrieachse der Reflexionsflächenform gestaltet sein. Die Spiegel Mi können, genauso wie die Spiegel der Beleuchtungsoptik 4, hoch reflektierende Beschichtungen für die Beleuchtungsstrahlung 16 aufweisen. Diese Beschichtungen können als Multilayer-Beschichtungen, insbesondere mit alternierenden Lagen aus Molybdän und Silizium, gestaltet sein.
Die Projektionsoptik 10 hat einen großen Objekt-Bildversatz in der y-Richtung zwischen einer y-Koordinate eines Zentrums des Objektfeldes 5 und einer y-Koordinate des Zentrums des Bildfeldes 11. Dieser Objekt-Bild-Versatz in der y-Richtung kann in etwa so groß sein wie ein z-Abstand zwischen der Objektebene 6 und der Bildebene 12.
Die Projektionsoptik 10 kann insbesondere anamorphotisch ausgebildet sein. Sie weist insbesondere unterschiedliche Abbildungsmaßstäbe βx, βy in x- und y-Richtung auf. Die beiden Abbildungsmaßstäbe βx, βy der Projektionsoptik 10 liegen bevorzugt bei (βx, βy) = (+/- 0,25, +/- 0,125). Ein positiver Abbildungsmaßstab β bedeutet eine Abbildung ohne Bildumkehr. Ein negatives Vorzeichen für den Abbildungsmaßstab β bedeutet eine Abbildung mit Bildumkehr.
Die Projektionsoptik 10 führt somit in x-Richtung, das heißt in Richtung senkrecht zur Scanrichtung, zu einer Verkleinerung im Verhältnis 4:1.
Die Projektionsoptik 10 führt in y-Richtung, das heißt in Scanrichtung, zu einer Verkleinerung von 8:1.
Andere Abbildungsmaßstäbe sind ebenso möglich. Auch vorzeichengleiche und absolut gleiche Abbildungsmaßstäbe in x- und y-Richtung, zum Beispiel mit Absolutwerten von 0,125 oder von 0,25, sind möglich.
Die Anzahl von Zwischenbildebenen in der x- und in der y-Richtung im Strahlengang zwischen dem Objektfeld 5 und dem Bildfeld 11 kann gleich sein oder kann, je nach Ausführung der Projektionsoptik 10, unterschiedlich sein. Beispiele für Projektionsoptiken mit unterschiedlichen Anzahlen derartiger Zwischenbilder in x- und y-Richtung sind bekannt aus der US 2018/0074303 A1 .
Jeweils eine der Pupillenfacetten 23 ist genau einer der Feldfacetten 21 zur Ausbildung jeweils eines Beleuchtungskanals zur Ausleuchtung des Objektfeldes 5 zugeordnet. Es kann sich hierdurch insbesondere eine Beleuchtung nach dem Köhlerschen Prinzip ergeben. Das Fernfeld wird mit Hilfe der Feldfacetten 21 in eine Vielzahl an Objektfeldern 5 zerlegt. Die Feldfacetten 21 erzeugen eine Mehrzahl von Bildern des Zwischenfokus auf den diesen jeweils zugeordneten Pupillenfacetten 23.
Die Feldfacetten 21 werden jeweils von einer zugeordneten Pupillenfacette 23 einander überlagernd zur Ausleuchtung des Objektfeldes 5 auf das Retikel 7 abgebildet. Die Ausleuchtung des Objektfeldes 5 ist insbesondere möglichst homogen. Sie weist vorzugsweise einen Uniformitätsfehler von weniger als 2 % auf. Die Felduniformität kann über die Überlagerung unterschiedlicher Beleuchtungskanäle erreicht werden.
Durch eine Anordnung der Pupillenfacetten kann geometrisch die Ausleuchtung der Eintrittspupille der Projektionsoptik 10 definiert werden. Durch Auswahl der Beleuchtungskanäle, insbesondere der Teilmenge der Pupillenfacetten, die Licht führen, kann die Intensitätsverteilung in der Eintrittspupille der Projektionsoptik 10 eingestellt werden. Diese Intensitätsverteilung wird auch als Beleuchtungssetting bezeichnet.
Eine ebenfalls bevorzugte Pupillenuniformität im Bereich definiert ausgeleuchteter Abschnitte einer Beleuchtungspupille der Beleuchtungsoptik 4 kann durch eine Umverteilung der Beleuchtungskanäle erreicht werden.
Im Folgenden werden weitere Aspekte und Details der Ausleuchtung des Objektfeldes 5 sowie insbesondere der Eintrittspupille der Projektionsoptik 10 beschrieben.
Die Projektionsoptik 10 kann insbesondere eine homozentrische Eintrittspupille aufweisen. Diese kann zugänglich sein. Sie kann auch unzugänglich sein.
Die Eintrittspupille der Projektionsoptik 10 lässt sich regelmäßig mit dem Pupillenfacettenspiegel 22 nicht exakt ausleuchten. Bei einer Abbildung der Projektionsoptik 10, welche das Zentrum des Pupillenfacettenspiegels 22 telezentrisch auf den Wafer 13 abbildet, schneiden sich die Aperturstrahlen oftmals nicht in einem einzigen Punkt. Es lässt sich jedoch eine Fläche finden, in welcher der paarweise bestimmte Abstand der Aperturstrahlen minimal wird. Diese Fläche stellt die Eintrittspupille oder eine zu ihr konjugierte Fläche im Ortsraum dar. Insbesondere zeigt diese Fläche eine endliche Krümmung.
Es kann sein, dass die Projektionsoptik 10 unterschiedliche Lagen der Eintrittspupille für den tangentialen und für den sagittalen Strahlengang aufweist. In diesem Fall sollte ein abbildendes Element, insbesondere ein optisches Bauelement der Übertragungsoptik, zwischen dem zweiten Facettenspiegel 22 und dem Retikel 7 bereitgestellt werden. Mit Hilfe dieses optischen Elements kann die unterschiedliche Lage der tangentialen Eintrittspupille und der sagittalen Eintrittspupille berücksichtigt werden.
Bei der in der 1 dargestellten Anordnung der Komponenten der Beleuchtungsoptik 4 ist der Pupillenfacettenspiegel 22 in einer zur Eintrittspupille der Projektionsoptik 10 konjugierten Fläche angeordnet. Der Feldfacettenspiegel 20 ist verkippt zur Objektebene 6 angeordnet. Der erste Facettenspiegel 20 ist verkippt zu einer Anordnungsebene angeordnet, die vom Umlenkspiegel 19 definiert ist.
Der erste Facettenspiegel 20 ist verkippt zu einer Anordnungsebene angeordnet, die vom zweiten Facettenspiegel 22 definiert ist.
2 zeigt schematisch im Meridionalschnitt eine weitere Projektionsbelichtungsanlage 101 für die DUV-Projektionslithografie, in welcher die Erfindung eben-falls zur Anwendung kommen kann.
Der Aufbau der Projektionsbelichtungsanlage 101 und das Prinzip der Abbildung ist vergleichbar mit dem in 1 beschriebenen Aufbau und Vorgehen. Gleiche Bauteile sind mit einem um 100 gegenüber 1 erhöhten Bezugszeichen bezeichnet, die Bezugszeichen in 2 beginnen also mit 101.
Im Unterschied zu einer wie in 1 beschriebenen EUV-Projektionsbelichtungsanlage 1 können auf Grund der größeren Wellenlänge der als Nutzlicht verwendeten DUV-Strahlung 116 im Bereich von 100 nm bis 300 nm, insbesondere von 193 nm, in der DUV-Projektionsbelichtungsanlage 101 zur Abbildung beziehungsweise zur Beleuchtung refraktive, diffraktive und/oder reflexive optische Elementen 117, wie beispielsweise Linsen, Spiegeln, Prismen, Abschlussplatten und dergleichen verwendet werden. Die Projektionsbelichtungsanlage 101 umfasst dabei im Wesentlichen ein Beleuchtungssystem 102, einen Retikelhalter 108 zur Aufnahme und exakten Positionierung eines mit einer Struktur versehenen Retikels 107, durch welches die späteren Strukturen auf einem Wafer 113 bestimmt werden, einen Waferhalter 114 zur Halterung, Bewegung und exakten Positionierung eben dieses Wafers 113 und einem Projektionsobjektiv 110, mit mehreren optischen Elementen 117, die über Fassungen 118 in einem Objektivgehäuse 119 des Projektionsobjektives 110 gehalten sind.
Das Beleuchtungssystem 102 stellt eine für die Abbildung des Retikels 107 auf dem Wafer 113 benötigte DUV-Strahlung 116 bereit. Als Quelle für diese Strahlung 116 kann ein Laser, eine Plasmaquelle oder dergleichen Verwendung finden. Die Strahlung 116 wird in dem Beleuchtungssystem 102 über optische Elemente derart geformt, dass die DUV-Strahlung 116 beim Auftreffen auf das Retikel 107 die gewünschten Eigenschaften hinsichtlich Durchmesser, Polarisation, Form der Wellenfront und dergleichen aufweist.
Der Aufbau der nachfolgenden Projektionsoptik 110 mit dem Objektivgehäuse 119 unterscheidet sich außer durch den zusätzlichen Einsatz von refraktiven optischen Elementen 117 wie Linsen, Prismen, Abschlussplatten prinzipiell nicht von dem in 1 beschriebenen Aufbau und wird daher nicht weiter beschrieben.
3 zeigt eine Kalibriervorrichtung 30 mit einem Gehäuse 31, in welchem ein erfindungsgemäßes Kalibriermodul 40, 60 angeordnet ist. Das Kalibriermodul 40, 60 umfasst einen Kalibrierkörper 41, 61 mit einer Kalibrierfläche 42, 63, also einer Oberfläche, welche der Oberflächengeometrie eines Spiegels Mx, 117 einer Projektionsbelichtungsanlage 1, 101 nachempfunden ist, also der Oberflächengeometrie bzw. Oberflächentopographie nahezu entspricht. Die Kalibrierfläche 42, 63 ist mit einer Beschichtung 43, welche die gleichen Reflektionseigenschaften und Emissionseigenschaften der auf dem korrespondierenden Spiegel Mx, 117 im Betrieb verwendeten Beschichtung aufweist. Im Gehäuse 31 ist eine als Wärmebildkamera 32 ausgebildete Vorrichtung zur Erfassung einer Temperaturverteilung angeordnet, welche derart ausgebildet ist, dass die Kalibrierfläche 42, 63 vollständig erfasst werden kann. Weiterhin ist in dem Gehäuse 31 eine Referenz 34 angeordnet, deren Temperatur eingestellt werden kann und welche derart positioniert ist, dass eine von der Wärmebildkamera 32 erfasste über eine Reflektion an der Kalibrierfläche 42, 63 des Kalibrierkörpers 41, 61 bewirkte Hintergrundstrahlung 36 ausschließlich von der Referenz 34 ausgeht. Die Temperatur der Referenz 34 und deren Emissionsverhalten müssen bekannt sein, um die Störungen durch die Hintergrundstrahlung 36 so klein wie möglich zu halten. Die Temperatur der Referenz 34 wird dabei derart gewählt, dass das Verhältnis von der von der Kalibrierfläche 42, 63 emittierten Wärmestrahlung 37, welche für die Bestimmung der Temperatur der Kalibrierfläche 42, 63 relevant ist und die von der Referenz 34 emittierten Hintergrundstrahlung 36 so groß wie möglich ist, wobei dabei der Nutzen einer weiteren Vergrößerung der Temperaturdifferenz gegenüber dem Aufwand einer Umsetzbarkeit innerhalb der Projektionsbelichtungsanlage berücksichtigt wird. Der Kalibrierkörper 41, 61 ist über eine Lagerung 44 mit einer Fassung 45 verbunden, welche wiederum über einen Adapter 46 mit einer Aufnahme 33 der Kalibriervorrichtung 30 verbunden ist. Weiterhin umfasst das Kalibriermodul 40, 60 in der Figur nicht gesondert dargestellte Temperatursensoren, welche über eine Ansteuerelektronik 47 ausgelesen werden können. Die Ansteuerelektronik 47 ist mit einer nicht dargestellten übergeordneten Ansteuerung für die Kalibriervorrichtung 30 verbunden. Die Kalibriervorrichtung 30 entspricht insbesondere bezüglich der Geometrie, der verwendeten Materialien und Abständen von der Wärmebildkamera 32, dem Kalibriermodul 40, 60 und Referenz 34 einer für die Bearbeitung der Oberfläche von Spiegeln Mx, 117 verwendeten Vorrichtung, in welcher die Wärmebildkamera 32 eingesetzt wird. Alternativ kann das Kalibriermodul 40, 60 auch derart ausgebildet sein, dass es direkt in der Vorrichtung zur Bearbeitung der Oberflächen eingebaut und zur Kalibrierung der Wärmebildkamera 32 verwendet werden kann.
Weiterhin dargestellt in der Figur sind eine zur Temperierung des Kalibrierkörpers verwendete elektromagnetische Strahlung 35, die beispielsweise von einem scannenden Laser stammen kann, die von der Referenz 34 emittierte elektromagnetische Strahlung 36, welche die Wärmebildkamera 32 erreicht und die für die Ermittlung der Temperatur letztlich relevante Strahlung 37.
Der Aufbau und die Funktionsweise des Kalibriermoduls 40, 60 werden nachfolgend in der 4a, 4b, 5a und 5b detailliert beschrieben.
4a zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Kalibriermoduls 40. Das Kalibriermodul 40 umfasst einen Kalibrierkörper 41 mit einer Kalibrierfläche 42, deren Oberflächengeometrie der Oberflächengeometrie eines Spiegels Mx, 117 der in der 1 beziehungsweise in der 2 erläuterten Projektionsbelichtungsanlage 1, 101 entspricht. Die Kalibrierfläche 42 ist mit einer Beschichtung 43 beschichtet. Das Material des Kalibrierkörpers 41 weist im Gegensatz zu dem für die Spiegel Mx, 117 verwendeten Materialien, welche einen sehr geringen Wärmeleitkoeffizienten aufweisen, einen hohen Wärmeleitkoeffizienten auf, es kann sich dabei beispielsweise um Aluminium oder Kupfer handeln. In der von der Kalibrierfläche 42 abgewandten Rückseite des Kalibrierkörpers 41 sind bis kurz unter die Kalibrierfläche 42 Aussparungen 49 (vgl. 4b) eingebracht, in welchen Temperatursensoren 48 eingeklebt sind. Der hohe Wärmeleitkoeffizient des Kalibrierkörpermaterials hat den Vorteil, dass sich lateral, also von der Kalibrierfläche 42 in den Kalibrierkörper 41 hinein, bei einer durch Absorption von elektromagnetischer Strahlung 35 bewirkten Erwärmung des Kalibrierkörpers 41 nahezu keine Temperaturgradienten ausbilden. Die von den Temperatursensoren 48, die beispielsweise als Temperaturfühler Pt-100 ausgebildet sind, erfassten Temperaturen entsprechen also den Temperaturen an der Kalibrierfläche 42, so dass die von den Temperatursensoren 48 erfassten Temperaturen zur Kalibrierung der von der Wärmebildkamera 32 erfassten Temperaturen verwendet werden können. Der hohe Wärmeleitkoeffizient führt insbesondere bei inhomogener Beaufschlagung mit elektromagnetischer Strahlung 35 auch in horizontaler Richtung, also entlang der Kalibrierfläche 42 zu geringen Temperaturgradienten. Dadurch werden Temperaturdifferenzen innerhalb des Kalibrierkörpers schneller ausgeglichen, wodurch sich eine Änderung der Leistungsverteilung der elektromagnetischen Strahlung 35 weniger auf die Temperaturverteilung des Kalibrierkörpers 41 auswirkt. Es wird sich beispielsweise nach einer inhomogenen Temperaturverteilung im Kalibrierkörper 41 schneller wieder eine homogene Temperaturverteilung ausbilden. Der Kalibrierkörper 41 ist, wie bereits weiter oben in der 3 erläutert, über eine Lagerung 44 mit einer Fassung 45 verbunden, welche wiederum über einen Adapter 46 mit der Aufnahme 33 der, in der 4a nicht dargestellten, Kalibriervorrichtung 30 verbunden sind.
4b zeigt eine Schnittdarstellung durch den Kalibrierkörper 41 des Kalibriermoduls 40 an einer Stelle, an welcher ein Temperatursensor 48 in dem Kalibrierkörper 41 angeordnet ist. Der Temperatursensor 48 ist in die Aussparung 49 mit Klebstoff 50 eingeklebt, wobei der Klebstoff 50 zur optimalen Wärmeleitung einen hohen Wärmeleitkoeffizienten aufweist, der beispielsweise durch metallische Füllstoffe erreicht werden kann. Alternativ können die Temperatursensoren 48 auch mit einem vorbestimmten Drehmoment für einen definierten Wärmeübergang in korrespondierende Gewinde in den Aussparungen 49 eingeschraubt werden. Der als Temperaturfühler Pt-100 ausgebildete Temperatursensor 48 ist über eine Leitung 51 mit der in der 4a dargestellten Ansteuerelektronik 47 verbunden.
5a zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Kalibriermoduls 60, welches im Unterschied zu dem in 4a erläuterten, einstückigen Kalibrierkörper 41 einen neun Segmente 64.1, 64.2 umfassenden Kalibrierkörper 61 aufweist. Acht der Segmente 64.1 sind identisch aufgebaut und bilden zusammengefügt eine Kugelschale 69, wobei der Boden der Kugelschale 69 durch das neunte Segment 64.2 gebildet wird. Die Segmente 64.1, 64.2 weisen, wie schon der in der 4a und der 4b dargestellte Kalibrierkörper 41, ein Material mit einem hohen Wärmeleitkoeffizienten, wie beispielsweise Aluminium oder Kupfer, auf. An den Fügestellen zwischen den Segmenten 64.1, 64.2 ist eine als Luftspalt ausgebildete Isolation 67 mit einem geringen Wärmeleitkoeffizienten ausgebildet. Alternativ kann die Isolation 67 auch durch ein Material mit einem geringen Wärmeleitkoeffizienten ausgebildet sein. Die einzelnen Segmente 64.1, 64.2 weisen Durchbrüche 62 auf, in welchen Kacheln 65 angeordnet sind, welche ihrerseits eine Aussparung 66 (vgl. 5b) für die schon im Kalibrierkörper 41 in der 4b erläuterten Temperatursensoren 48 aufweisen. Die Kalibrierflächen 63 der Kacheln 65 und der Segmente 64.1, 64.2 ergeben dabei zusammen die weiter oben bereits erläuterte Kugelschale 69, welche mit einer Beschichtung 43 beschichtet ist. Wie in der 5b noch im Detail erläutert wird, ist zwischen den Kacheln 65 und den Segmenten 64.1, 64.2 ebenfalls eine als Luftspalt ausgebildete Isolation 67 ausgebildet. Der restliche Aufbau des Kalibriermoduls 60 mit der Lagerung 44, Fassung 45, Adapter 46 und Aufnahme 33 ist identisch zu dem in der 4a erläuterten Aufbau.
5b zeigt eine Schnittdarstellung durch ein Segment 64.1 des Kalibrierkörpers 61 des Kalibriermoduls 60 an einer Stelle, an welcher ein Temperatursensor 48 in dem Segment 64.1 angeordnet ist. Die Kachel 65 wird über eine Halterung 68 mit dem Segment 64.1, 64.2 verbunden, wobei zwischen der Kachel 65 und dem Segment 64.1, 64.2 ein Luftspalt als Isolation 67 verbleibt. Die Isolation 67 kann bei Bedarf auch durch ein Material mit einem sehr geringen Wärmeleitkoeffizienten realisiert werden. Das Kalibriermodul 60 hat den Vorteil, dass die vom Kalibriermodul 60 absorbierte Leistung über die durch eine elektromagnetische Strahlung 35 bewirkte Erwärmung lokal sehr genau bestimmt werden kann, ohne dass diese durch die im Fall des in der 4a dargestellten einstückigen Kalibrierkörpers 41 hohe horizontale Wärmeleitung verfälscht wird. Dadurch lassen sich hohe Temperaturgradienten in der Kalibrierfläche 42 einstellen, welche durch den scannenden Laser konstant gehalten werden. Dadurch können sich vorteilhafterweise auch die Wechselwirkungen zwischen Kalibrierkörper und Leistungsverteilung der beaufschlagten Strahlung 35 bestimmen lassen, wodurch auch die Wirkung der Strahlung 35 und damit der Laser vorteilhaft kalibriert werden kann. Die Kacheln 65 sind dabei derart ausgebildet, dass die Kachel 65 einen nur um wenige mm größeren Durchmesser als der Strahlquerschnitt der, beispielweise durch einen Laser erzeugten, elektromagnetischen Strahlung, aufweist. Der geringe Abstand zwischen dem Messpunkt an der Spitze des Temperatursensors 48 und der Kalibrierfläche 63 der Kachel 65 und der hohe Wärmeleitkoeffizient des für die Kachel 65 verwendeten Materials führen zu einer mit hoher Genauigkeit gemessenen Oberflächentemperatur, welche für die Kalibrierung der durch die Wärmebildkamera 32 erfassten Temperatur verwendet werden kann.
6 zeigt ein Diagramm, anhand dessen im Folgenden das Kalibrierverfahren der Wärmebildkamera 32 näher erläutert wird.
In einer ersten Phase P_G wird eine Grundkalibrierung vorgenommen, wobei nach dem Einbau des Kalibriermoduls 40, 60 in die Kalibriervorrichtung 30 und einer Temperierung bei Umgebungstemperatur zunächst die Temperaturverteilung der Kalibrierfläche 42, 63 des Kalibrierkörpers 41, 61 mit Hilfe der Temperatursensoren 48 und der Wärmebildkamera 32 erfasst werden. Nachfolgend wird der Kalibrierkörper 41, 61 auf eine Temperatur von beispielsweise 30° bis 40 ° Celsius vortemperiert, wobei die Temperaturverteilung bewusst inhomogen ausgebildet ist. Dies beruht darauf, dass im Fall einer Bearbeitung der Spiegel Mx, 117, aber auch beim Betrieb in der Projektionsbelichtungsanlage 1, 101 die Temperaturverteilung der Spiegel Mx, 117 erstens variiert und zweitens nicht bekannt ist. In dem Fall, dass die Kalibrierung in der Vorrichtung zur Bearbeitung der Oberflächen des Spiegels Mx, 117 durchgeführt wird, kann durch die inhomogene Temperaturverteilung auf der Kalibrierfläche 42 vorteilhafterweise auch der Bearbeitungsprozess in der Vorrichtung überprüft beziehungsweise kalibriert werden. Der derart vortemperierte Kalibrierkörper 41, 61 wird wiederum durch die Temperatursensoren 48 und die Wärmebildkamera 32 erfasst.
In einer zweiten Phase wird der Kalibrierkörper 41, 61 ausgehend von dem vortemperierten Zustand stufenweise über Temperaturrampen erwärmt, wobei bei vorbestimmten Temperaturstufen die Temperatur in einer sogenannten Haltephase P_H über einen Zeitraum von 20 bis 120 Minuten konstant gehalten wird.
In einer dritten Phase P_B, welche jeweils innerhalb der einzelnen Haltephasen liegt, wird mit Hilfe einer Regelung und einem zur Beaufschlagung mit elektromagnetischer Strahlung 35 ausgebildeten Laserscanner zunächst eine homogene Soll-Temperaturverteilung gehalten. In einem nächsten Verfahrensschritt wird die Kalibrierfläche 42, 63 mit Strahlung 35 mit einer für eine spätere Bearbeitung oder im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage 1, 101 auf das optische Element (Mx, 117) repräsentativen Leistungsverteilung beaufschlagt. Nachfolgend wird wieder die Soll-Temperaturverteilung der aktuellen Haltephase P_H eingestellt. In einem nächsten Verfahrensschritt wird das Heizsystem, welches neben dem scannenden Laser auch einen flächig heizenden Laser umfasst, komplett ausgeschaltet und nach einer vorbestimmten Zeit wieder eingeschaltet und nachfolgend wiederum die Soll-Temperaturverteilung der aktuellen Haltephase P_H eingestellt. Die mittlere Temperatur und die Temperaturverteilung auf der Kalibrierfläche 42 ändert sich also auch innerhalb einer Haltephase P_H, wobei die Änderungen innerhalb einer Haltephase P_H geringer ausfallen als die Temperaturunterschiede zwischen den einzelnen Haltephasen P_H. Diese dritte Beaufschlagungsphase P_B wird in jeder Haltestufe P_H des Prozesszyklus durchgeführt. In einer vierten Abkühlphase P_A wird der Kalibrierkörper 41, 61 mit Rampen mit zwei unterschiedlichen Steigungen (5K/min und 1K/min) abgekühlt. Während des gesamten Prozesszyklus wird die Temperatur der Kalibrierfläche 42, 63 durch die Temperatursensoren 48 und die Wärmebildkamera 32 erfasst. Dieser Prozesszyklus wird ausgehend von unterschiedlichen vortemperierten Zuständen mehrmals durchlaufen. Die während der verschiedenen Prozesszyklen bestimmten Temperaturen werden durch eine Ansteuerung ausgewertet und parametrisiert. Die derart bestimmten Teilkalibrierparameter können basierend auf der tatsächlichen Leistung und Dauer der Beaufschlagung des Spiegels Mx, 117 mit Strahlung 35 derart superpositioniert werden, dass durch den derart bestimmten Kalibrierparameter die geforderte Messgenauigkeit der Wärmebildkamera 32 erreicht wird. Alternativ kann auch eine auf einer auf einer für eine Bearbeitung eines Spiegel Mx, 117 verwendeten Leistungsverteilung basierende, elektromagnetische Strahlung 35 mit dem Kalibriermodul 40, 60 erfasst werden. Die durch die im Kalibriermodul 40, 60 angeordneten Temperatursensoren 48 erfassten Werte und die daraus bestimmten Kalibrierparameter können zur Kalibrierung der Wärmebildkamera 32 bei der späteren Bearbeitung des Spiegels Mx, 117 verwendet werden.
7 beschreibt ein mögliches Verfahren zur Kalibrierung einer Vorrichtung 32 zur Erfassung einer Temperaturverteilung.
In einem ersten Verfahrensschritt 71 werden Kalibrierparameter auf Basis einer Eingangstemperaturverteilung des Kalibriermoduls 40, 60 erfasst.
In einem zweiten Verfahrensschritt 72 werden Kalibrierparameter auf Basis eines Prozesszyklus erfasst.
In einem dritten Verfahrensschritt 73 werden die erfassten Kalibrierparameter zur Kalibrierung einer Vorrichtung 32 zur Erfassung einer Temperaturverteilung auf einer Oberfläche superpositioniert.
Bezugszeichenliste

1: Projektionsbelichtungsanlage
2: Beleuchtungssystem
3: Strahlungsquelle
4: Beleuchtungsoptik
5: Objektfeld
6: Objektebene
7: Retikel
8: Retikelhalter
9: Retikelverlagerungsantrieb
10: Projektionsoptik
11: Bildfeld
12: Bildebene
13: Wafers
14: Waferhalter
15: Waferverlagerungsantrieb
16: EUV-Strahlung
17: Kollektor
18: Zwischenfokusebene
19: Umlenkspiegel
20: Facettenspiegel
21: Facetten
22: Facettenspiegel
23: Facetten
M1-M6: Spiegel
30: Kalibriervorrichtung
31: Gehäuse
32: Wärmebildkamera
33: Aufnahme
34: Referenz
35: elektromagnetische Strahlung
36: emittierte Strahlung Referenz
37: emittierte Strahlung Kalibrierfläche
40: Kalibriermodul
41: Kalibrierkörper
42: Kalibrierfläche
43: Beschichtung
44: Lagerung
45: Fassung
46: Adapter
47: Ansteuerelektronik
48: Temperatursensor
49: Aussparung
50: Klebstoff
60: Kalibriermodul
61: Kalibrierkörper
62: Durchbrüche
63: Oberfläche
64.1,64.2: Segment
65: Kachel
66: Aussparung
67: Isolation
68: Halterung
69: Kugelschale
71: Verfahrensschritt 1
72: Verfahrensschritt 2
73: Verfahrensschritt 3
101: Projektionsbelichtungsanlage
102: Beleuchtungssystem
107: Retikel
108: Retikelhalter
110: Projektionsoptik
113: Wafers
114: Waferhalter
116: DUV-Strahlung
117: optisches Element
118: Fassungen
119: Objektivgehäuse
PG: Grundkalibrierungsphase
PH: Haltephase
PB: Beaufschlagungsphase
PA: Abkühlphase

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

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Claims

Kalibrierkörper (41,61) für eine Vorrichtung (32) zur Erfassung einer Temperaturverteilung auf einer Oberfläche eines optischen Elementes (Mx, 117) für eine Projektionsbelichtungsanlage (1,101) für die Halbleiterlithografie mit einer Kalibrierfläche (42,63) zur Kalibrierung der Vorrichtung (32), dadurch gekennzeichnet, dass auf der der Kalibrierfläche (42,63) gegenüberliegenden Rückseite des Kalibrierkörpers (41,61) mindestens ein Temperatursensor (48) angeordnet ist.
Kalibrierkörper (41,61) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierfläche (42,63) des Kalibrierkörpers (41,61) einer optischen Wirkfläche des optischen Elementes (Mx, 117) nachempfunden ist.
Kalibrierkörper (41,61) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierfläche (42,63) des Kalibrierkörpers (41,61) geschlossen ausgebildet ist.
Kalibrierkörper (41,61) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kalibrierkörper (41,61) einstückig ausgebildet ist.
Kalibrierkörper (41,61) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierfläche (42,63) des Kalibrierkörpers (41,61) unterbrochen ausgebildet ist.
Kalibrierkörper (41,61) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kalibrierkörper (41,61) mindestens zwei Segmente (64.1,64.2) umfasst.
Kalibrierkörper (41,61) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Segmenten (64.1,64.2) bzw. in den Unterbrechungen eine Isolation (67) angeordnet ist.
Kalibrierkörper (41,61) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kalibrierkörper (41,61) mindestens einen Durchbruch (62) für eine Kachel (65) aufweist.
Kalibrierkörper (41,61) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberfläche der mindestens einen Kachel (65) als Teil der Kalibrierfläche (42, 63) ausgebildet ist.
Kalibrierkörper (41,61) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Kachel (65) und dem Kalibrierkörper (41,63) eine Isolation (67) angeordnet ist.
Kalibrierkörper (41,61) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (48) in der Kachel (65) angeordnet ist.
Kalibrierkörper (41,61) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kachel (65) aus einem Material mit einem hohen Wärmeleitkoeffizienten hergestellt ist.
Kalibrierkörper (41,61) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kalibrierkörper (41,61) aus einem Material mit einem hohen Wärmeleitkoeffizienten hergestellt ist.
Kalibrierkörper (41,61) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierfläche (42,63) des Kalibrierkörpers (41,61) eine Beschichtung (43) mit den gleichen Reflektionseigenschaften wie eine auf den optischen Elementen (Mx,117) der Projektionsbelichtungsanlage (1,101) ausgebildete Beschichtung aufweist.
Kalibrierkörper (41,61) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierfläche (42,63) des Kalibrierkörpers (41,61) eine Beschichtung (43) mit den gleichen Emissionseigenschaften wie eine auf den optischen Elementen (Mx,117) der Projektionsbelichtungsanlage (1,101) ausgebildete Beschichtung aufweist.
Kalibriermodul (40,60) mit einem Kalibrierkörper (41,61) nach einem der Ansprüche 1 bis 15.
Kalibriervorrichtung (30) mit einem Kalibriermodul (40,60) nach Anspruch 16.
Verfahren zur Kalibrierung einer Vorrichtung (32) zur Erfassung einer Temperaturverteilung auf einer Oberfläche eines optischen Elementes (Mx, 117) für eine Projektionsbelichtungsanlage (1,101) für die Halbleiterlithografie mit einem Kalibrierkörper (41,61) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, umfassend folgende Verfahrensschritte: - Bestimmung von mindestens einem Teilkalibrierparameter auf Basis einer Eingangstemperaturverteilung des Kalibrierkörpers (41,61), - Bestimmung von mindestens einem Teilkalibrierparametern auf Basis eines mit dem Kalibrierkörper (41,61) durchfahrenen Prozesszyklus, - Bestimmung eines Kalibrierparameters durch Superposition der bestimmten Teilkalibrierparametern zur Kalibrierung der Vorrichtung (32) zur Erfassung einer Temperaturverteilung auf einer Oberfläche.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozesszyklus mindesten eine Haltephase P_H umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozesszyklus mindestens eine Beaufschlagungsphase P_B umfasst, in welcher die Kalibrierfläche (42,63) des Kalibrierkörpers (41,61) mit einer elektromagnetischen Strahlung (35) mit örtlich variierender Leistung beaufschlagt wird, welche einer Leistungsverteilung einer elektromagnetischen Strahlung entspricht mit welcher eine Oberfläche des optischen Elementes bei der Herstellung und/oder im späteren Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage (1,101) beaufschlagt wird.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Beaufschlagungsphase P_B innerhalb einer Haltephase P_H ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur von einer Haltephase P_H auf eine Temperatur einer weiteren Haltephase P_H durch eine Erwärmung mit einer konstanten Heizrate erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizrate zwischen den Haltephasen P_H unterschiedliche Steigungen aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Kalibrierkörper (41,61) zum Ende des Prozesszyklus in einer Abkühlphase P_A mit mindestens zwei unterschiedlichen Kühlraten abgekühlt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass ein Prozesszyklus ausgehend von unterschiedlichen Eingangstemperaturverteilungen des Kalibrierkörpers gestartet wird.