DE102022202424A1

DE102022202424A1 - Verfahren und Prüfsystem zur Analyse von Dichtungssystemen

Info

Publication number: DE102022202424A1
Application number: DE102022202424.9A
Authority: DE
Inventors: Jasmin Biehler; Christoph Müller
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2022-03-10
Filing date: 2022-03-10
Publication date: 2023-03-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein bildgebendes Verfahren zur Analyse von Dichtungssystemen fluidführender Bauelemente (31,34), wobei zwischen mindestens einem ersten Bauelement (31) und einem zweiten Bauelement (34) mindestens ein Dichtelement (37.x) angeordnet ist, welches sich dadurch auszeichnet, dass mindestens ein Element (31,34,37.x) des Dichtungssystems zur Verbesserung der Abgrenzung der Elemente (31,34,37.x) in dem bildgebenden Verfahren mit einer Beschichtung (39) beschichtet wird.Weiterhin betrifft die Erfindung ein Prüfsystem (30.x) für ein bildgebendes Verfahren zur Analyse eines Dichtungssystems fluidführender Bauelemente (31,34), wobei zwischen mindestens einem ersten Bauelement (31) und einem zweiten Bauelement (34) mindestens ein Dichtelement (37.x) angeordnet ist, welches sich dadurch auszeichnet, dass mindestens ein Element (31,34,37.x) des Dichtungssystems zur Verbesserung der Abgrenzung der Elemente (31,34,37.x) durch das bildgebende Verfahren mit einer Beschichtung (39) beschichtet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Prüfsystem zur Analyse von Dichtungssystemen, insbesondere von fluidführenden Bauelementen einer Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithografie.
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. Zur Reduzierung dieses Verhaltens werden sowohl die Gehäuseteile als auch die optischen Elemente, insbesondere die Spiegel, durch Fluidkühlung, vorzugsweise durch eine Wasserkühlung, temperiert.
Es stehen eine Vielzahl von unterschiedlichen Dichtungssystemen für fluidführende Systeme zur Verfügung, wobei in den Projektionsbelichtungsanlagen vorzugsweise verpressbare Dichtelemente, wie beispielsweise metallische Dichtscheiben oder Elastomere, verwendet werden. Diese werden zum Abdichten der Schnittstelle zwischen zwei meist metallischen Bauelementen verpresst. Dabei wird das Dichtelement im eingebauten Zustand zumeist vollständig von den Bauelementen verdeckt und entzieht sich daher der direkten Beobachtung. Zur konstruktiven Auslegung und Absicherung der Dichtungssysteme werden deswegen Berechnungen und Simulationen herangezogen, um die Auswirkung des Materialverhaltens und der Verformung der Dichtelemente, insbesondere bei Elastomeren, auf die Dichtigkeit der Dichtungssysteme vorherzusagen. Neben der Dichtigkeit kann die sich ausbildende Geometrie der Elastomere auch auf Folgeprozesse im Bereich der Kühlung, wie beispielsweise Korrosionsprozesse, welche durch die Ausbildung von Totwasserzonen, scharfe Kanten oder andere störende Geometrien beschleunigt werden, einen nachteiligen Einfluss haben. Daher ist die Kenntnis des Verformungsverhaltens von Dichtelementen, insbesondere im Fall einer komplizierten Dichtelementgeometrie, unerlässlich.
Insbesondere die in den Projektionsbelichtungsanlagen der neuesten Generation anzutreffende Vakuumumgebung hat zu erhöhten Anforderungen an die Dichtigkeit fluidführender Dichtungssysteme geführt. Eine wasserführende Dichtverbindung muss beispielsweise nicht nur ein Auslaufen oder Tropfen des Wassers verhindern, sondern auch gegen austretende Wassermoleküle, also Dampf, in einem Bereich bis mindestens 10^-9 mbar abdichten. Die in der Entwicklung verwendeten Simulationen und theoretischen Berechnungen zur Auslegung der Dichtungssysteme werden nachfolgend durch einen Lecktest auf den entsprechenden Dichtigkeitswert hin geprüft. Das Verhalten des Elastomers bei der Montage, also die Deformation des Elastomers zwischen den Bauelementen, und die sich daraus ergebende Geometrie beziehungsweise Dichtlänge kann dabei nicht beobachtet werden. Eine Beschädigung des Dichtelementes bei der Montage in Form einer Abscherung des Elastomers oder im Elastomer gebildete Scharten können dabei ebenso nicht überprüft werden. Beides kann über die Zeit zu einer Undichtigkeit des Dichtungssystems führen.
Die Untersuchung der Deformation des Dichtelementes mit einem bildgebenden Verfahren, wie beispielsweise ein Computertomografieverfahren (CT-Verfahren), ermöglicht die direkte Beobachtung des Dichtelementes und kann die tatsächliche Deformation des Dichtelementes sichtbar machen. Nachteil dieses CT-Verfahrens ist es, dass sich die Elastomere und auch andere häufig als Dichtungsmaterial verwendete Kunststoffe, wie beispielsweise Polyetheretherketon (PEEK), Polyoxymethylene (POM), Polytetrafluorethylen (PTFE) durch die zur Bildgebung verwendete Röntgenstrahlung schlecht oder gar nicht darstellen lassen. Kunststoffe weisen einen geringen Absorptionskoeffizienten auf, also die Materialeigenschaft, welche die Sichtbarkeit des Materials in einem CT-Verfahren bestimmt, wodurch diese schlecht oder gar nicht im Bild zu erkennen sind. Dieser Effekt wird durch einen großen Unterschied von Absorptionskoeffizienten bei den bei der Bildgebung vorhandenen Elementen noch verstärkt. Dieser Effekt wirkt sich durch die in den Dichtungssystemen häufig zusätzlich verwendeten Metalle, welche einen hohen Absorptionskoeffizienten aufweisen, ebenfalls auf die Bildgebung der Dichtungssysteme aus. Die in der Abbildung dargestellte Intensität der Kunststoffe liegt im Bereich des Hintergrundrauschens, so dass der entsprechende Bereich des Bildes in der CT-Analyse der Baugruppe leer erscheint. Dadurch kann auch die Außenkontur der Elastomere und damit die tatsächliche Kontaktfläche mit den Bauelementen des Dichtungssystems, die sogenannte Dichtfläche, welche die Dichtigkeit sicherstellt, nicht ausreichend genau oder gar nicht bestimmt werden. Je größer der Unterschied der Absorptionskoeffizienten der mit dem CT-Verfahren untersuchten Elemente, desto schlechter der Kontrast.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, welches die oben beschriebenen Nachteile des Standes der Technik beseitigt. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Prüfsystem zur Durchführung des oben genannten Verfahrens anzugeben.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren und ein Prüfsystem mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen und Varianten der Erfindung.
Ein erfindungsgemäßes bildgebendes Verfahren zur Analyse von Dichtungssystemen fluidführender Bauelemente, wobei zwischen mindestens einem ersten Bauelement und einem zweiten Bauelement mindestens ein Dichtelement angeordnet ist, zeichnet sich dadurch aus, dass mindestens ein Element des Dichtungssystems zur Verbesserung der Abgrenzung der Elemente in dem bildgebenden Verfahren mit einer Beschichtung beschichtet wird. Zur Analyse des von außen nicht sichtbaren Dichtelementes im Dichtungssystem wird im erfindungsgemäßen Verfahren ein beispielsweise auf Röntgenstrahlung basierendes bildgebendes Verfahren, wie zum Beispiel ein Computertomografie-Verfahren, verwendet. Im Folgenden wird Computertomografie durch CT abgekürzt. Das im Dichtungssystem verwendete Dichtelement weist häufig einen Kunststoff, wie beispielsweise ein Elastomer, auf.
Zur Verbesserung der Abbildung des Dichtelementes oder eines der Bauelemente durch die in der CT-Anlage verwendete Röntgenstrahlung kann die Beschichtung einen höheren Absorptionskoeffizienten für die verwendete Strahlung als das beschichtete Element selbst aufweisen. Im Fall der häufig Elastomere oder andere Kunststoffe umfassenden Dichtelemente kann die Beschichtung beispielsweise Gold, Platin oder Palladium aufweisen. Der Absorptionskoeffizient im Sinne der vorliegenden Anmeldung beinhaltet dabei nicht nur die durch das Material absorbierte Strahlung, sondern auch die Anteile der Strahlung, welche durch das Material gestreut werden und dadurch ebenfalls nicht direkt von dem Empfänger der CT-Anlage detektiert werden können. Der Absorptionskoeffizient hängt nicht direkt von der Dichte des Materials ab, es besteht jedoch ein enger Zusammenhang zwischen Dichte und Absorptionskoeffizient. Je höher der Absorptionskoeffizient des Materials, desto heller und dadurch auch deutlicher wird dieses durch die CT-Anlage abgebildet.
In einer Ausführungsform wird die Beschichtung mit einer homogenen Schichtdicke aufgebracht. Die Schichtdicke hat einen direkten Einfluss auf die Darstellung der Schicht in der CT-Anlage. Eine homogene Schichtdicke ist daher von Vorteil.
In einer Ausführungsform des Verfahrens kann die Beschichtung durch Sputtern und/oder einem galvanischen Prozess und/oder einem chemischen Prozess auf das Element aufgebracht werden. Es kann beispielsweise zunächst auf Grund der besseren Haftung eine dünne Schicht von wenigen Nanometern aufgebracht werden, auf welcher durch einen galvanischen Prozess eine Beschichtung mit einer Schichtdicke von einigen Mikrometern aufgebracht wird.
Daneben kann die Beschichtung auf das Element mit dem geringsten Absorptionskoeffizienten aufgebracht werden. Wie weiter oben bereits erläutert, kann insbesondere bei Kunststoffen eine Abgrenzung zum Hintergrundrauschen der Abbildung der CT-Anlage nicht oder nur sehr schlecht erkannt werden. Die Beschichtung führt zu einer klaren Abgrenzung der Außenkonturen des Elementes gegenüber dem Hintergrundrauschen und anderen Elementen des Dichtungssystems. Der für die Bestimmung der Außenkonturen der Elemente notwendige Kontrast zwischen zwei Elementen in der durch die CT-Anlage erzeugten Abbildung ergibt sich also aus einem Sprung im Absorptionskoeffizienten zwischen den in Kontakt stehenden Elementen beziehungsweise gegenüber dem Hintergrundrauschen.
Weiterhin können Beschichtungen mit unterschiedlichen Absorptionskoeffizienten auf die Elemente aufgebracht werden. Die durch die Beschichtungen nachgezeichneten Außenkonturen der Dichtung können sich dadurch sowohl vom Hintergrundrauschen der Abbildung, als auch zur Bestimmung der Grenzen der einzelnen Elemente des Dichtungssystems vorteilhafterweise voneinander klar abheben. Dazu kann auch eine Beschichtung mit einem geringeren Absorptionskoeffizienten als das beschichtete Element selbst zweckmäßig sein. Zur Abgrenzung der Außenkonturen eines mit Gold beschichteten Dichtelementes gegen die angrenzenden Bauelemente des Dichtungssystems, kann eine dunklere Darstellung eines, beispielsweise Stahl aufweisenden Elementes zu einer Verbesserung des Kontrastes im Kontaktbereich der Elemente führen.
In einer Ausführungsform des Verfahrens können die Anzahl der beschichteten Elemente und die Absorptionskoeffizienten der verwendeten Beschichtungen derart ausgebildet sein, dass der Kontrast an mindestens einer Kontaktfläche des Dichtelementes und eines Bauelementes des Dichtungssystems maximal ist. Je nach Anforderung an die Analyse können auch alle Kontaktflächen des Dichtelementes und der Bauelemente derart beschichtet werden, dass der Kontrast maximal ist.
Weiterhin kann das Verfahren zur Qualifizierung in der Entwicklung eingesetzt werden. Durch die von außen nicht einsehbaren Dichtelemente und eine teilweise sehr komplexe Dichtelementgeometrie kann es vorteilhaft sein, durch das erfindungsgemäße Verfahren die durch Simulationen unterstützte Auslegung der Dichtelemente zu analysieren beziehungsweise zu verifizieren.
Insbesondere kann das Verfahren zur Optimierung von Simulationen zum Deformationsverhalten des Dichtelementes verwendet werden.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens kann das Verfahren für die Analyse von Dichtungssystemen fluidführender Bauelemente einer Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithografie verwendet werden. Insbesondere die sehr hohen Anforderungen an die Dichtigkeit der Dichtungssysteme in den EUV-Projektionsbelichtungsanlagen, welche beispielsweise durch die Vakuumbedingungen im Bereich der optischen Elemente eine Dichtheit gegenüber einzelnen Wassermolekülen, also Dampf fordern, können durch das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhafterweise analysiert werden.
Weiterhin kann das durch das bildgebende Verfahren erzeugte Bild zur Erhöhung des Kontrastes der einzelnen Elemente zueinander durch ein Bildbearbeitungsprogramm nachbearbeitet werden.
Ein erfindungsgemäßes Prüfsystem für ein bildgebendes Verfahren zur Analyse eines Dichtungssystems fluidführender Bauelemente, wobei zwischen mindestens einem ersten Bauelement und einem zweiten Bauelement mindestens ein Dichtelement angeordnet ist, zeichnet sich dadurch aus, dass mindestens ein Element des Dichtungssystems zur Verbesserung der Abgrenzung der Elemente durch das bildgebende Verfahren mit einer Beschichtung beschichtet ist. Die Beschichtung des Elementes wird für das erfindungsgemäße Verfahren angewendet, wobei eine Nutzung der Beschichtung im Serienprozess mit einer 100% Prüfung der Dichtungssysteme nicht bevorzugt wird. Das Prüfsystem umfasst also alle Merkmale des zu analysierenden Dichtungssystems und darüber hinaus mindestens ein Element mit einer zusätzlichen Beschichtung.
Weiterhin kann die Beschichtung Gold aufweisen, wie weiter oben bereits erläutert können alle Materialien, welche einen höheren Absorptionskoeffizienten als das beschichtete Element aufweisen, das Verfahren vorteilhaft verbessern. Dabei können neben Palladium und Platin auch Nickel oder andere Metalle Anwendung finden. Neben dem Absorptionskoeffizienten ist auch eine gute Haftung des Materials auf dem Element und ein geeignetes Verfahren zum Aufbringen der Beschichtung im Bereich weniger Mikrometer zweckmäßig, um die physikalischen Eigenschaften, wie beispielsweise die Elastizität des Dichtelementes, nicht zu verändern.
Daneben kann die Beschichtung eine homogene Schichtdicke aufweisen, welche eine gleichmäßige Intensität der Abbildung der Kontur im bildgebenden Verfahren sicherstellt.
Insbesondere kann das Dichtelement beschichtet sein. Das Dichtelement, welches üblicherweise Kunststoff mit einem geringen Absorptionskoeffizienten aufweist, kann durch die Beschichtung zumindest in Bezug auf seine Außenkonturen zu einer entscheidenden Erhöhung des Kontrastes zwischen den Elementen und dem Hintergrundrauschen im Bild der CT-Anlage beitragen.
Alternativ kann ein geringer Absorptionskoeffizient eines Elementes des Dichtungssystems, insbesondere eines Dichtungselementes aus Kunststoff, auch durch die Zugabe von Füllstoffen vorteilhaft erhöht werden.

1 schematisch im Meridionalschnitt eine Projektionsbelichtungsanlage für die EUV-Projektionslithografie,
2 schematisch im Meridionalschnitt eine Projektionsbelichtungsanlage für die DUV-Projektionslithografie, und
3 a-d Ausführungsbeispiele möglicher Prüfsysteme.

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 (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 Elementes 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 Elemente 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.
Die 3a bis 3d zeigen exemplarisch erfindungsgemäße Prüfsysteme 30.x, welche für ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Analyse von Dichtungssystemen verwendet werden. Im Folgenden sind die in den verschiedenen 3a bis 3d dargestellten Gleichteile mit gleichen Bezugszeichen und die Varianten der Dichtelemente 37.x und der Prüfsysteme 30.x mit dem gleichen Bezugszeichen mit einem „.x" als Suffix beschrieben, wobei das Suffix „.1" für die Ausführungsform der 3a, das Suffix „.2" für 3b und so weiter steht. Das Prüfsystem 30.x unterscheidet sich von den analysierten Dichtungssystemen lediglich durch die auf mindestens einem Element 31, 34, 37.x des Dichtungssystems aufgebrachten Beschichtung 39. Im Fall der in den 3a bis 3d dargestellten Ausführungsformen ist jeweils nur das Dichtelement 37.x mit einer Beschichtung 39 beschichtet. Die Grundgeometrie der Dichtelemente 37.x ist wie folgt:

Figur Grundform (undeformiert)

3a Rund

3b Oval

3c Rechteckig mit abgerundeten Ecken

3d x-förmig mit abgerundeten Ecken
Die erfindungsgemäßen Prüfsysteme 30.x. umfassen ein erstes Bauelement 31, welches in den gezeigten Ausführungsformen Stahl aufweist und einen Flansch 32 mit einer Dichtfläche 33 umfasst. Ein zweites Bauelement 34, welches Aluminium aufweist, umfasst eine an einer Stirnfläche 35 ausgebildete Dichtfläche 36. Die beiden Bauelemente 31, 34 können auch andere Materialien oder das gleiche Material aufweisen. Zwischen den beiden Dichtflächen 33, 36 ist ein Dichtelement 37.x angeordnet, welches den durch die Bauelemente 31, 34 gebildeten Fluidkanal 38 gegen seine Umgebung abdichtet. Im oberen Teil der Figuren, also oberhalb des Fluidkanals 38, ist jeweils der undeformierte Zustand des Dichtelementes 37.x dargestellt, wobei im unteren Bereich der Figuren der deformierte, also abgedichtete Zustand, dargestellt ist. Die Dichtelemente 37.x sind mit einer Beschichtung 39, welche in den gezeigten Ausbildungsformen Gold aufweist, beschichtet. Neben Gold kann alternativ auch Palladium, Platin oder jedes andere Material mit einer hohen Absorptionsrate gegenüber der im bildgebenden Verfahren verwendeten Wellenlänge Anwendung finden. Neben der Absorptionsrate ist die Eignung zur Beschichtung 39 der Dichtelemente 37.x eine weitere Anforderung für ein geeignetes Material. Eines der im erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten bildgebenden Verfahren ist beispielsweise ein Computertomografie-Verfahren, also ein auf die Durchleuchtung mit Röntgenlicht aus verschiedenen Richtungen basierendes Schichtröntgen-Verfahren. Das Dichtelement 37.x ist in den in der 3a bis 3d gezeigten Ausführungsformen als ein Elastomer ausgebildet. Die Beschichtung 39 wird beim Verpressen der Prüfsysteme 30.x zwischen den Dichtflächen 33, 36 mit dem Dichtelement 37.x zusammen deformiert und liegt im deformierten Zustand über eine Dichtlänge 40.x an dem jeweiligen Bauelement 31, 34 an. Die Dichtlänge 40.x ist ein Kriterium, welches die Dichtigkeit gegenüber gasförmigen und flüssigen Fluiden sicherstellt. Weiterhin kann als weiteres Kriterium, insbesondere bei komplexen Dichtungsgeometrien, die tatsächliche Verformung des Dichtelementes 37.x beim Verpressen mit einer im Vorfeld durchgeführten Simulation verglichen werden. Daneben können definierte Verpresspunkte und im Fall von Toleranzabweichungen der Bauelemente 31, 34 das Verhalten des Dichtungselementes 37.x als Kriterien überprüft werden. Dabei gilt zu beachten, dass ein CT-Verfahren durch die schichtweise Darstellung und der Möglichkeit, ein dreidimensionales Bild bereitzustellen, eine Überprüfung der gesamten Dichtlänge 40.x ermöglicht. Dabei ist die Darstellung der Außenkonturen der derformierten Dichtelemente 37.x und deren Abgrenzung zu den Bauelementen 31, 34 entscheidend. Durch die Analyse der Deformation der Dichtelemente 37.x und der Dichtlänge 40.x und ein Abgleich mit den im Vorfeld durchgeführten Simulationen wird die jeweilige Ausführungsform für einen späteren Serienprozess qualifiziert beziehungsweise Hinweise zu einer Anpassung der Dichtelemente 37.x zur Verbesserung der Dichtwirkung gegeben. Durch die Visualisierung der tatsächlichen Form der deformierten Dichtelemente 37.x ist auch eine Anpassung der Modellierung denkbar. Beispielsweise kann ein schrittweises Verpressen mit jeweils einer Aufnahme das Verhalten des Dichtelementes 37.x während des Verpressens nachvollzogen werden. Die Verwendung der Beschichtung 39, welche keinen Einfluss auf die Dichtwirkung hat, ist nur für die einmalige Qualifizierung des Prüfsystems 30.x mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen und wird in einem späteren Serienprozess nicht verwendet.
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
30.1-30.4: Prüfsystem
31: erstes Bauelement
32: Flansch
33: Dichtfläche erstes Bauelement
34: zweites Bauelement
35: Stirnfläche
36: Dichtfläche zweites Bauelement
37.1-37.4: Dichtelement
38: Fluidkanal
39: Beschichtung
40.1-40.4: Dichtlänge
101: Projektionsbelichtungsanlage
102: Beleuchtungssystem
107: Retikel
108: Retikelhalter
110: Projektionsoptik
113: Wafers
114: Waferhalter
116: DUV-Strahlung
117: optisches Element
118: Fassungen
119: Objektivgehäuse
M1-M6: Spiegel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008009600 A1 [0035, 0039]
US 20060132747 A1 [0037]
EP 1614008 B1 [0037]
US 6573978 [0037]
DE 102017220586 A1 [0042]
US 20180074303 A1 [0056]

Claims

Bildgebendes Verfahren zur Analyse von Dichtungssystemen fluidführender Bauelemente (31,34), wobei zwischen mindestens einem ersten Bauelement (31) und einem zweiten Bauelement (34) mindestens ein Dichtelement (37.x) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Element (31,34,37.x) des Dichtungssystems zur Verbesserung der Abgrenzung der Elemente (31,34,37.x) in dem bildgebenden Verfahren mit einer Beschichtung (39) beschichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (39) einen höheren Absorptionskoeffizienten für die verwendete Strahlung als das beschichtete Element (31,34,37.x) aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (39) mit einer homogenen Schichtdicke aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (39) durch Sputtern und/oder einem galvanischen Prozess und/oder einem chemischen Prozess auf das Element (31,34,37.x) aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (39) auf das Element (31,34,37.x) mit dem geringsten Absorptionskoeffizienten aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Beschichtungen (39) mit unterschiedlichen Absorptionskoeffizienten auf die Elemente (31,34,37.x) aufgebracht werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der beschichteten Elemente (31,34,37.x) und die Absorptionskoeffizienten der Beschichtungen (39) derart ausgebildet sind, dass der Kontrast an mindestens einer Kontaktfläche des Dichtelementes (37.x) und der Bauelemente (31,34) des Dichtungssystems maximal ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zur Qualifizierung in der Entwicklung eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zur Optimierung von Simulationen von Deformationsverhalten von Dichtelementen (37.x) verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren für die Analyse von Dichtungssystemen fluidführender Bauelemente (31,34) einer Projektionsbelichtungsanlage (1,101) für die Halbleiterlithografie verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das durch das bildgebende Verfahren erzeugte Bild zur Erhöhung des Kontrastes der einzelnen Elemente (31,34,37.x) zueinander durch ein Bildbearbeitungsprogramm nachbearbeitet wird.
Prüfsystem (30.x) für ein bildgebendes Verfahren zur Analyse eines Dichtungssystems fluidführender Bauelemente (31,34), wobei zwischen mindestens einem ersten Bauelement (31) und einem zweiten Bauelement (34) mindestens ein Dichtelement (37.x) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Element (31,34,37.x) des Dichtungssystems zur Verbesserung der Abgrenzung der Elemente (31,34,37.x) durch das bildgebende Verfahren mit einer Beschichtung (39) beschichtet ist.
Prüfsystem (30.x) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (39) Gold aufweist.
Prüfsystem (30.x) nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (39) eine homogene Schichtdicke aufweist.
Prüfsystem (30.x) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (37.x) beschichtet ist.