DE102022201304A1

DE102022201304A1 - Verfahren zur Bestimmung des Endes einer Aufwärmphase eines optischen Elementes

Info

Publication number: DE102022201304A1
Application number: DE102022201304.2A
Authority: DE
Inventors: Maximilian Raab
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2022-02-08
Filing date: 2022-02-08
Publication date: 2023-01-05

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Endes einer Aufwärmphase eines optischen Elementes (Mx, 117) einer Projektionsbelichtungsanlage (1, 101) für die Halbleiterlithografie zum Erreichen einer stationären Temperaturverteilung im optischen Element (Mx, 117) und zeichnet sich dadurch aus, dass das Erreichen der stationären Temperaturverteilung über eine thermisch induzierte Deformation des optischen Elementes (Mx, 117) bestimmt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Endes einer Aufwärmphase eines optischen Elementes, insbesondere eines optischen Elementes einer Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie.
Projektionsbelichtungsanlagen für die Halbleiterlithografie zeigen im Hinblick auf ihre Abbildungsqualität ein stark temperaturabhängiges Verhalten. Sowohl nicht unmittelbar an der optischen Abbildung beteiligte Elemente, wie beispielsweise Fassungen und Halter oder Gehäuseteile als auch optische Elemente selbst, wie beispielsweise Linsen oder, im Fall der EUV-Lithografie, Spiegel, verändern bei Erwärmung oder Abkühlung ihre Ausdehnung bzw. ihre Oberflächenform, was sich unmittelbar in der Qualität der mit dem System vorgenommenen Abbildung einer Lithografiemaske, wie beispielsweise einer Phasenmaske, eines sogenannten Retikels, auf ein Halbleitersubstrat, einen sogenannten Wafer, niederschlägt. Die Erwärmung der einzelnen Komponenten der Anlage im Betrieb rührt dabei von der Absorption eines Teiles derjenigen Strahlung her, welche zur Abbildung des Retikels auf den Wafer verwendet wird. Diese Strahlung wird von einer im Folgenden als Nutzlichtquelle bezeichneten Lichtquelle erzeugt. Im Fall der EUV-Lithografie handelt es sich bei der Nutzlichtquelle um eine vergleichsweise aufwendig ausgeführte Plasmaquelle, bei welcher mittels Laserbestrahlung von Zinnpartikeln ein in den gewünschten kurzwelligen Frequenzbereichen elektromagnetische Strahlung emittierendes Plasma erzeugt wird.
Üblicherweise sind Projektionsbelichtungsanlagen auf einen stationären Zustand während des Betriebes ausgelegt, das heißt auf einen Zustand, in welchem keine wesentlichen Änderungen der Temperatur von Anlagenkomponenten über der Zeit zu erwarten sind. Insbesondere nach langen Ruhezeiten der Anlage und einer damit typischerweise verbundenen Abkühlung der Komponenten ist es deswegen erforderlich, die Anlage bzw. ihre Komponenten vorzuheizen, das heißt, einen Zustand herzustellen, in welchem die Projektionsbelichtungsanlage und ihre einzelnen Komponenten jeweils auf Temperaturen eingestellt sind, welche den im Betrieb erreichten Werten nahekommen. Die zeitlichen Änderungen sind in diesem Fall gering und die thermisch induzierten Deformationen und deren Auswirkungen auf die Abbildungsqualität genügen den Anforderungen des Systems.
Aus dem Stand der Technik sind hierzu insbesondere bei EUV-Systemen Vorheizlösungen bekannt, um Aberrationen durch Oberflächendeformationen aufgrund absorptionsinduzierter Temperaturvariationen sowohl zeitabhängig als auch ortsvariabel auszugleichen. Die Idee besteht darin, das Material extern dann zu heizen, wenn keine oder wenig Nutzstrahlung absorbiert wird, und die externe Heizleistung in dem Maße zu reduzieren, wie im Betrieb Erwärmung durch die Absorption der Nutzstrahlung erfolgt.
Im Stand der Technik bekannte Lösungen nutzen hierzu oftmals Infrarotstrahlung, wobei die verwendeten Regelungsverfahren über eine limitierte Anzahl an Temperatursensoren verfügen, welche in erster Linie dahingehend optimiert sind, Temperaturprofile auf der Spiegeloberfläche während der Belichtungszeit gut beobachten zu können. Die Sensoren liegen daher in einem Bereich nahe der für die Abbildung genutzten Oberfläche, die auch als optische Wirkfläche bezeichnet wird. Diese Lösung hat den Nachteil, dass eine Information über den Temperaturgradienten und dessen zeitliches Verhalten innerhalb des optischen Elements senkrecht zur optischen Wirkfläche, welcher auch einen Einfluss auf die Deformation der optischen Wirkfläche hat, nicht verfügbar ist. Die Zeitdauer bis zum Erreichen des stationären Zustands des optischen Elementes wird daher durch Modelle vorberechnet. Die Vorgaben an die Wartezeiten werden aufgrund von Modellunsicherheiten derart mit einem gewissen zeitlichen Zuschlag ausgeführt, dass ein Erreichen des stationären Zustands sichergestellt ist. Dies bedeutet, dass die Nutzungsdauer der Projektionsbelichtungsanlage möglicherweise unnötig reduziert wird, was sich negativ auf die Produktionskosten auswirkt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, welches die oben beschriebenen Nachteile des Standes der Technik beseitigt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen und Varianten der Erfindung.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Bestimmung des Endes einer Aufwärmphase eines optischen Elementes einer Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie zum Erreichen einer stationären Temperaturverteilung im optischen Element zeichnet sich dadurch aus, dass das Erreichen der stationären Temperaturverteilung über eine thermisch induzierte Deformation des optischen Elementes bestimmt wird. Mit anderen Worten wird die aktuelle Geometrie bzw. die Geometrieänderung des optischen Elementes über der Zeit bestimmt, so dass das optische Element gewissermaßen selbst zum Sensorelement wird. Dies hat den Vorteil, dass auf eine Erfassung der Temperatur des optischen Elementes, insbesondere der für den Betrieb nicht notwendigen von der optischen Wirkfläche abgewandten Bereiche des optischen Elementes verzichtet werden kann, wodurch die Entwicklungskosten und die Herstellungskosten vorteilhaft reduziert werden können.
In einer Ausführungsform des Verfahrens können Signale zur Bestimmung der thermisch induzierten Deformation durch die Erfassung der Bewegung des optischen Elementes gegenüber einer Referenz an mindestens zwei Punkten bestimmt werden. Die Referenz kann beispielsweise der Rahmen einer Projektionsbelichtungsanlage sein, an welchem die optischen Elemente angebunden sind oder ein als Referenz für die Position der optischen Elemente zusätzlich entkoppelter Rahmen sein. Zur Unterscheidung einer Deformation und einer Bewegung des optischen Elementes, also einer sogenannten Starrkörperbewegung, sind mindestens zwei Punkte notwendig. Zur vollständigen Erfassung einer Starrkörperbewegung des optischen Elementes ist die Erfassung von mindestens sechs Punkten des optischen Elementes notwendig.
Insbesondere können die Signale zur Bestimmung der thermisch induzierten Deformation über Sensoren zur Steuerung und/oder Regelung der Starrkörperbewegung des optischen Elementes erfasst werden. Dies hat den Vorteil, dass das Verfahren auch bei bereits installierten und in Betrieb befindlichen Projektionsbelichtungsanlagen angewendet werden kann, also nachrüstbar ist.
Weiterhin kann die Deformation an einem Punkt des optischen Elementes durch eine Deformationsbewegung dieses Punktes durch Bildung der Differenz einer Gesamtbewegung des Punktes und einer über alle erfassten Punkte bestimmten Starrkörperbewegung des optischen Elementes bestimmt werden. Im Idealfall einer reinen Deformation bewegen sich Punkte paarweise in unterschiedliche Richtungen, weisen also keine gemeinsamen Richtungsanteile der Bewegung in einer der sechs Freiheitsgrade auf.
Daneben kann eine durch mechanische Schwingung bewirkte zyklische Auslenkung eines Punktes von der Bewegung dieses Punktes subtrahiert werden, welche auf die Deformation des optischen Elementes zurückgeht. Die im Gegensatz zu durch thermisch induzierte Deformation verursachten zyklischen und zeitlich schnellen Bewegungsanteile können über Filter leicht aus der Gesamtbewegung der erfassten Signale herausgefiltert werden. Hierdurch kann die durch eine thermisch induzierte Deformation bewirkte Bewegung des Punktes isoliert werden und für die Bestimmung des Endes einer Aufwärmphase eines optischen Elementes einer Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithografie verwendet werden. Im Folgenden soll die durch eine thermisch induzierte Deformation ausgelöste Bewegung eines Punktes auch als Deformationsbewegung bezeichnet werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können die bestimmten Deformationsbewegungen der erfassten Punkte anhand von Modellen und/oder Messungen verifiziert und/oder korrigiert werden. Insbesondere die Modelle können auch scheinbare Starrkörperbewegungen erkennen, also durch Deformation bewirkte reine Deformationsbewegungen mindestens zweier Punkte mit gleichen Richtungsanteilen, welche bei der Auswertung der Signale als Starrkörperbewegungen wahrgenommen werden. Die über die erfassten Signale der Gesamtbewegung der Punkte bestimmten Deformationsbewegungen können dadurch zumindest teilweise durch Korrekturwerte korrigiert werden. Auf Finite-Element-Methoden basierende Modelle, welche beispielsweise auch die zur Erwärmung des optischen Elementes verwendete Infrarotstrahlung, sowie die Geometrie und Materialeigenschaften des optischen Elementes berücksichtigen, können zwischen den Anteilen einer thermisch induzierten Deformation und einer Starrkörperbewegung unterscheiden.
Weiterhin kann das Ende der Aufwärmphase bei einer Änderung der thermisch induzierten Deformation unterhalb eines Schwellwerts von 30 bis 100pm/5min angenommen werden. Der Schwellwert richtet sich nach den Anforderungen an die Abbildungsqualität der Projektionsbelichtungsanlage sowie den geometrischen und physikalischen Eigenschaften des betrachteten optischen Elements. Im Fall einer im Vergleich zu einer mechanischen Anregung langsamen Veränderung der Abbildungsqualität durch die thermisch induzierte Deformation wird der Schwellwert durch Abbildungsfehler bestimmt, welche auf Grund ihrer aufwendigen Erfassung nur einmal pro Wafer oder sogar nur einmal pro Los durch eine Messung bestimmt werden. Die thermisch induzierte Deformation muss also derart gering sein, dass ein durch diese bewirkter Abbildungsfehler beispielsweise über einen Wafer oder ein Los innerhalb der vorbestimmten Toleranzen bleibt.
Daneben kann das Ende der Aufwärmphase angenommen werden, sobald die Änderung der thermisch induzierten Deformation über einen Zeitraum von 5 min unter einem Schwellwert von 5 bis 30pm/min liegt. Dadurch wird sichergestellt, dass ein möglicherweise durch die Geometrie und/oder thermische Erwärmung des Substrates auftretendes Plateau, welches von einem erneuten Anstieg der thermisch induzierten Deformation gefolgt wird, nicht zu einer zu frühzeitigen Nutzung der Projektionsbelichtungsanlage führt.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens können die Modelle und Schwellwerte im Betrieb durch Auswertung von Abbildungsgenauigkeiten am Ende einer Aufwärmphase im Sinne einer künstlichen Intelligenz angepasst werden. Dies hat den Vorteil, dass die Wartezeit bis zur Nutzung der Projektionsbelichtungsanlage im Laufe der Zeit auf ein Optimum reduziert werden kann und verschiedene Ausgangszustände, Heizszenarien und unterschiedliche Temperaturzustände vor der Aufwärmphase ebenfalls berücksichtigt werden und das System immer weiter dazu lernt.
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,
3a,b ein aus dem Stand der Technik bekanntes optisches Element und ein Diagramm zur Erläuterung eines ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannten Verfahrens, und
4a,b ein optisches Element und ein Diagramm zur Erläuterung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

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.
Beleuchtet 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° gegenüber der Normalenrichtung der Spiegeloberfläche, 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 (Gl-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.
In 2 zeigt schematisch im Meridionalschnitt eine weitere Projektionsbelichtungsanlage 101 für die DUV-Projektionslithografie, in welcher die Erfindung ebenfalls 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.
3a zeigt ein aus dem Stand der Technik bekanntes optisches Element Mx, 117 einer Projektionsbelichtungsanlage 1, 101, welches ein Substrat 30 mit einer optischen Wirkfläche 31 umfasst. Unterhalb der optischen Wirkfläche 31 sind in der gezeigten Ausführungsform vier Temperatursensoren 32 angeordnet, welche zur Bestimmung des zeitlichen und örtlichen Verlaufs der Temperarturverteilung der optischen Wirkfläche 31 genutzt werden. An der der optischen Wirkfläche 31 entgegensetzten Rückseite des Substrats 30 ist ein fiktiver Messpunkt 33 dargestellt, welcher als Punkt für den in der 3b in einem Diagramm dargestellten Temperaturverlauf über die Zeit während einer Aufwärmphase des Substrats 30 dient.
3b zeigt ein Diagramm mit zwei Linien 32, 33, wobei auf der Ordinate die Temperatur und auf der Abszisse die Zeit aufgetragen ist. Die durchgezogenen obere Linie 32 stellt den Temperaturverlauf der Temperatursensoren 32 unterhalb der optischen Wirkfläche 31 dar, wobei die gestrichelte Linie 33 den Temperaturverlauf an dem fiktiven Messpunkt 33 darstellt. Die senkrechten gestrichelten Linien zeigen jeweils das erreichen des stationären Zustandes der jeweiligen Linien/Messpunkte 32, 33 dar. Während die zeitlich gesehen erste gestrichelte senkrechte Linie auf Basis der erfassten Signale der Temperatursensoren 32 bestimmt werden kann, wird die zweite gestrichelte senkrechte Linie nur über ein Modell des Temperaturverlaufs im fiktiven Messpunkt 33 bestimmt. Das Modell ist dabei derart definiert, dass der stationäre Zustand, also der Zustand, in dem die Temperaturänderung und die daraus resultierende Deformation des Substrats 30, welches durch gestrichelte senkrechte Linien in der 3b dargestellt ist, sicher erreicht wird. Es ist also ein Zeitpuffer berücksichtigt, welcher den maximalen Toleranzen des Modells entspricht, in welchem die Projektionsbelichtungsanlage zumindest teilweise bereits in Betrieb sein könnte.
4a zeigt ein optisches Element Mx, 117 einer Projektionsbelichtungsanlage 1, 101, welche erfindungsgemäß Positionssensoren 34 umfasst. Die Positionssensoren 34 sind in der in der 4a dargestellten Ausführungsform als Interferometer ausgebildet und weisen einen Messkopf 35 und eine Referenzfläche 36 auf. Die Referenzfläche 36 ist auf einem Substrat 30 des optischen Elementes Mx, 117 angeordnet, wodurch eine Bewegung des Substrats 30 am Ort der Referenzfläche 36 durch den Messkopf 35 detektiert wird. Die Positionssensoren 34 werden zur Positionierung des optischen Elementes Mx, 117 verwendet, erfassen also die Starrkörperbewegung des Substrats 30 als Basis für eine Steuerung oder Regelung der Position des optischen Elementes Mx, 117. Das erfindungsgemäße Verfahren verwendet die Positionssensoren 34 dazu, die thermisch induzierte Deformation des Substrates 30, welche durch den Temperaturverlauf des gesamten Substrates 30 bewirkt wird, während der Aufwärmphase zu erfassen. Die Deformation des Substrates 30 entspricht in erster Näherung der durch die Positionssensoren 34 erfasste und in einer nicht dargestellten Ansteuerung bestimmen Gesamtbewegung des Punktes, von welcher eine aus den Signalen von mindestens zwei Punkten bestimmten Starrkörperbewegung des Substrates 30 abgezogen wird. Resultierend ergibt sich eine Deformationsbewegung ΔI für jeden von einem Positionssensor 34 erfassten Punkt. Diese erste Näherung kann durch das Bestimmen von zyklischen Bewegungen, wie sie beispielsweise von mechanischen Anregungen bewirkt werden, weiter verbessert werden. Weiterhin kann durch Messungen mit zusätzlichen Messsystemen und/oder Finite Element Modellen eine scheinbare Starrkörperbewegung erkannt und bei der Bestimmung der Deformationsbewegung berücksichtigt werden. Es ist dabei anzumerken, dass zur Bestimmung des Endes der Aufwärmphase der absolute Wert der erfassten Deformationsbewegung nicht entscheidend ist, sondern viel mehr die Veränderung über die Zeit.
4b zeigt zwei Diagramme, wobei das unterer Diagramm dem in der 3a erläuterten Diagramm entspricht und das obere Diagramm die Deformationsbewegung ΔI eines der erfassten Punkte des Substrats 30 darstellt. Die Deformationsänderung des Substrats 30 wird erst dann gegen Null verlaufen, wenn auch die Temperaturänderung an dem fiktiven Messpunkt 33 gegen Null verläuft. Das in der 4b im oberen Diagramm durch eine senkrechte gestrichelte Linie dargestellte Erreichen eines stationären Zustandes des Substrates 30 liegt zeitlich vor dem stationären Zustande des durch das Modell berechneten Temperaturverlaufs am fiktiven Messpunkt 33. Dies soll den Vorteil in Form einer Zeitersparnis darstellen, die einer gegenüber dem Stand der Technik zusätzlichen nutzbaren Betriebszeit der Projektionsbelichtungsanlage 1, 101 entspricht.
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: Wafer
14: Waferhalter
15: Waferverlagerungsantrieb
16: EUV-Strahlung
17: Kollektor
18: Zwischenfokusebene
19: Umlenkspiegel
20: Facettenspiegel
21: Facetten
22: Facettenspiegel
23: Facetten
30: Substrat
31: optische Wirkfläche
32: Temperatursensor
33: fiktiver Messpunkt
34: Positionssensor
35: Messkopf
36: Referenzfläche
101: Projektionsbelichtungsanlage
102: Beleuchtungssystem
107: Retikel
108: Retikelhalter
110: Projektionsoptik
113: Wafers
114: Waferhalter
116: DUV-Strahlung
117: optisches Element
118: Fassungen
119: Objektivgehäuse
ΔI: Deformationsbewegung Referenzfläche des Substrats
M1-M6: Spiegel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008009600 A1 [0029, 0033]
US 20060132747 A1 [0031]
EP 1614008 B1 [0031]
US 6573978 [0031]
DE 102017220586 A1 [0036]
US 20180074303 A1 [0050]

Claims

Verfahren zur Bestimmung des Endes einer Aufwärmphase eines optischen Elementes (Mx, 117) einer Projektionsbelichtungsanlage (1, 101) für die Halbleiterlithografie zum Erreichen einer stationären Temperaturverteilung im optischen Element (Mx, 117), dadurch gekennzeichnet, dass das Erreichen der stationären Temperaturverteilung über eine thermisch induzierte Deformation des optischen Elementes (Mx, 117) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Signale zur Bestimmung der thermisch induzierten Deformation durch die Erfassung der Bewegung des optischen Elementes (Mx, 117) gegenüber einer Referenz an mindestens zwei Punkten (36) bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Signale zur Bestimmung der thermisch induzierten Deformation über Positionssensoren (34) zur Steuerung und/oder Regelung der Starrkörperbewegung des optischen Elementes (Mx, 117) erfasst werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Deformation an einem Punkt (36) des optischen Elementes (Mx, 117) durch eine Deformationsbewegung dieses Punktes (36) durch Bildung der Differenz einer Gesamtbewegung des Punktes (36) und einer über alle erfassten Punkte (36) bestimmten Starrkörperbewegung des optischen Elementes (Mx, 117) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die durch mechanische Schwingung bewirkte zyklische Auslenkung eines Punktes (36) von der auf eine Deformation des optischen Elements herrührenden Bewegung dieses Punktes (36) subtrahiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die bestimmten Bewegungen der erfassten Punkte (36) anhand von Modellen und/oder Messungen verifiziert und/oder korrigiert werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ende der Aufwärmphase bei einer Änderung der thermisch induzierten Deformation unter einem Schwellwert von 30 bis 100 pm/5min angenommen wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ende der Aufwärmphase angenommen wird, sobald die Änderung der thermisch induzierten Deformation über einen Zeitraum von 5 min unter einem Schwellwert von 5 bis 30 pm/min liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Modelle und Schwellwerte im Betrieb durch Auswertung von Abbildungsgenauigkeiten am Ende einer Aufwärmphase im Sinne einer künstlichen Intelligenz angepasst werden.