DE102022203039A1

DE102022203039A1 - Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie

Info

Publication number: DE102022203039A1
Application number: DE102022203039.7A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Loering; Toralf Gruner
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2022-03-28
Filing date: 2022-03-28
Publication date: 2023-03-09

Abstract

Eine Projektionsbelichtungsanlage (10) für die Mikrolithographie weist eine Maske (16) sowie ein mehrere optische Elemente (E1-E4) aufweisendes Projektionsobjektiv (22) auf, welches einen sich über die optischen Elemente erstreckenden Abbildungsstrahlengang (30) zum Abbilden eines Maskenfeldes (19) auf ein Substrat (24) während eines Belichtungsbetriebs umfasst. Die Maske umfasst derart konfigurierte Strukturen (18), dass daran während des Belichtungsbetriebs Überaperturstrahlung (38) erzeugt wird, welche den Abbildungsstrahlengang verlässt, und das Projektionsobjektiv (22) weist mindestens ein außerhalb des Abbildungsstrahlengangs angeordnetes Strahlungsumlenkelement (42) auf, welches dazu konfiguriert ist, zumindest einen Teil der Überaperturstrahlung derart auf mindestens eines der optischen Elemente zu lenken, dass am optischen Element eine Temperaturerhöhung bewirkt wird, welche eine Verringerung eines Bildfehlers des Projektionsobjektivs bedingt.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithograhie mit einer Maske sowie einem mehrere optische Elemente aufweisenden Projektionsobjektiv. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Design einer Maske für die Mikrolithographie.
Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlagen werden insbesondere bei der Herstellung von integrierten Schaltkreisen oder anderen mikro- oder nanostrukturierten Bauelementen verwendet und dienen zur Abbildung eines Musters einer Maske oder eines Retikels auf eine fotosensitive Schicht eines Substrats. Hierfür enthält eine herkömmliche Projektionsbelichtungsanlage eine Lichtquelle und ein Beleuchtungssystem, das von der Lichtquelle emittierte elektromagnetische Strahlung aufbereitet und auf das Muster richtet. Mit einem Projektionsobjektiv der Projektionsbelichtungsanlage wird ein von dem Beleuchtungssystem beleuchteter Abschnitt des Musters auf die fotosensitive Schicht des Substrats abgebildet. Als Substrat werden in der Regel sogenannte Wafer aus Halbleitermaterial verwendet.
Um eine Projektionsbelichtungsanlage wirtschaftlich zu betreiben, ist es wünschenswert, die Strukturen mit einer möglichst kurzen Belichtungszeit auf dem Wafer abzubilden, um damit einen möglichst hohen Durchsatz von belichteten Substraten in Gestalt von Halbleiterwafern zu erzielen. Daher werden hohe Strahlungsintensitäten zum Erzielen einer ausreichenden Belichtung jedes Einzelnen der Substrate benötigt. Insbesondere bei Verwendung von Strahlung im ultravioletten oder extrem ultravioletten (EUV) Wellenlängenbereich kann der Einfluss intensiver Strahlung zu strahlungsinduzierten Veränderungen in den Eigenschaften der einzelnen optischen Elemente des Projektionsobjektivs der Projektionsbelichtungsanlage führen. Diese veränderten Eigenschaften bedingen Aberrationen im Projektionsobjektiv. Das Ausmaß dieser Aberrationen hängt von der Strahlungsdosis ab.
Bei in der EUV-Lithographie zum Einsatz kommenden dielektrischen Spiegeln treten aufgrund absorbierter Strahlung Temperaturvariationen an der Spiegeloberfläche auf, die zu Deformationen derselben führen. Diese Deformationen führen zu Bildfehlern bei der lithographischen Abbildung und können sich fortlaufend während des Abbildungsvorganges verändern.
Zugrunde liegende Aufgabe
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Projektionsbelichtungsanlage bereitzustellen, womit die vorgenannten Probleme gelöst werden, und insbesondere Bildfehler einer Projektionsbelichtungsanlage verringert werden können.
Erfindungsgemäße Lösung
Die vorgenannte Aufgabe kann erfindungsgemäß beispielsweise gelöst werden mit einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie, welche eine Maske sowie ein mehrere optische Elemente aufweisendes Projektionsobjektiv aufweist. Das Projektionsobjektiv umfasst einen sich über die optischen Elemente erstreckenden Abbildungsstrahlengang zum Abbilden eines Maskenfeldes auf ein Substrat während eines Belichtungsbetriebs. Das Maskenfeld umfasst derart konfigurierte Strukturen, dass daran während des Belichtungsbetriebs Überaperturstrahlung erzeugt wird, welche den Abbildungsstrahlengang verlässt. Weiterhin weist das Projektionsobjektiv mindestens ein außerhalb des Abbildungsstrahlengangs angeordnetes Strahlungsumlenkelement auf, welches dazu konfiguriert ist, zumindest einen Teil der Überaperturstrahlung derart auf mindestens eines der optischen Elemente zu lenken, dass am optischen Element eine Temperaturerhöhung bewirkt wird, welche eine Verringerung eines Bildfehlers des Projektionsobjektivs bedingt.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Strukturen und/oder das mindestens eine Strahlungsumlenkelement dazu konfiguriert, die Überaperturstrahlung in einen Abschnitt des mindestens einen optischen Elements zu lenken, in dem im Vergleich zu einer mittleren Temperatur über einen im Abbildungsstrahlengang angeordneten Bereich des optischen Elements eine niedrigere Temperatur vorliegt. Insbesondere liegt in dem genannten Abschnitt im Vergleich zu einem Mittelwert über das gesamte optische Element eine geringere absorbierte Leistung der im Abbildungsstrahlengang geführten Strahlung vor. Gemäß einer Ausführungsvariante ist der Abschnitt, in den die Überaperturstrahlung gelenkt wird, im Abbildungsstrahlengang angeordnet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Strahlungsumlenkelement zur Reflexion und/oder Streuung der Überaperturstrahlung konfiguriert. Insbesondere erfolgt die Reflexion unter streifendem Einfall (auch Einfall im Grazing-Incidence-Winkel bezeichnet).
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das mindestens eine Strahlungsumlenkelement Teil eines Gehäuses des Projektionsobjektivs, wie etwa eine verspiegelte Innenseite des Gehäuses.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das mindestens eine Strahlungsumlenkelement mit einem Manipulator versehen, mit dem die Umlenkeigenschaft des Strahlungsumlenkelements verändert werden kann. Insbesondere ist der Manipulator dazu konfiguriert, die Positionierung eines Reflektors oder Streuelements, insbesondere in den sechs Starrkörperfreiheitsgraden, zu verändern.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Maske auf das Substrat abzubildende Nutzstrukturen sowie Hilfsstrukturen mit einer unterhalb einer Auflösungsgrenze des Projektionsobjektivs liegenden Größe zur Erzeugung der Überaperturstrahlung.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist zumindest ein Teil der Hilfsstrukturen getrennt von den Nutzstrukturen auf der Maske angeordnet. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist zumindest ein Teil der Hilfsstrukturen in Regionen des Maskenfeldes angeordnet, die keine Nutzstrukturen aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform bildet zumindest ein Teil der Hilfsstrukturen mit zumindest einem Teil der Nutzstrukturen einteilige Elemente. Insbesondere weisen Nutzstrukturen, welche mit Hilfsstrukturen derartige einteilige Elemente bilden, eine Ortsperiode auf, welche mindestens einen Faktor 2 oberhalb der Auflösungsgrenze des Projektionsobjektivs liegt. In diesem Fall liegt erwartungsgemäß ein nativ großes Prozessfenster vor und keine weitere Verbesserung des Prozessfensters durch dezidierte Strukturen unterhalb der Auflösungsgrenze ist notwendig.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Projektionsbelichtungsanlage zum Betrieb im EUV-Wellenlängenbereich konfiguriert. Unter dem EUV-Wellenlängenbereich ist der Wellenlängenbereich unterhalb von 100 nm, insbesondere bei Wellenlängen von etwa 13,5 nm oder etwa 6,8 nm zu verstehen.
Weiterhin wird erfindungsgemäß ein Verfahren zum Design einer Maske für die Mikrolithographie bereitgestellt. Dieses Verfahren umfasst ein Anordnen von Nutzstrukturen im Design einer Maske, welche zur Abbildung auf ein Substrat während eines Belichtungsbetriebs einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie durch Führen von Belichtungsstrahlung in einem sich über mehrere optische Elemente eines Projektionsobjektivs der Projektionsbelichtungsanlage erstreckenden Abbildungsstrahlengang konfiguriert sind. Weiterhin wird gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens eine sich während des Belichtungsbetriebs aufgrund der Abbildung der Nutzstrukturen in mindestens einem der optischen Elemente des Projektionsobjektivs einstellende Temperaturverteilung bestimmt, werden sich aufgrund der Temperaturverteilung einstellende Abbildungsfehlern des Projektionsobjektivs ermittelt, sowie wird mindestens ein Abschnitt auf dem optischen Element, an dem eine Temperaturerhöhung eine Verringerung des Abbildungsfehler bewirkt, bestimmt. Weiterhin umfasst das erfindungsgemäße Verfahren ein derartiges Anordnen von Hilfsstrukturen, deren Größe unterhalb einer Auflösungsgrenze des Projektionsobjektivs liegt, im Design der Maske, dass die Hilfsstrukturen während des Belichtungsbetriebs den Abbildungsstrahlengang derart verlassende Überaperturstrahlung erzeugen, dass diese durch mindestens ein außerhalb der Abbildungsstrahlengangs angeordnetes Strahlungsumlenkelement des Projektionsobjektivs auf den bestimmten Abschnitt gelenkt wird.
Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird weiterhin eine während des Belichtungsbetriebs vorzunehmende Beleuchtungseinstellung, mit der eine Richtungsverteilung einer Beleuchtung der Maske mit der Belichtungsstrahlung festgelegt wird, bestimmt, wobei die Anordnung der Hilfsstrukturen und die Beleuchtungseinstellung durch gemeinsame Optimierung bestimmt werden. Das heißt, die Wirkung der Anordnung der Hilfsstrukturen und die Wirkung der Beleuchtungseinstellung auf die Verringerung der Abbildungsfehler werden gleichzeitig optimiert.
Die bezüglich der vorstehend aufgeführten Ausführungsformen, Ausführungsbeispiele bzw. Ausführungsvarianten, etc. der erfindungsgemäßen Projektionsbelichtungsanlage angegebenen Merkmale können entsprechend auf das erfindungsgemäße Designverfahren übertragen werden, und umgekehrt. Diese und andere Merkmale der erfindungsgemäßen Ausführungsformen werden in der Figurenbeschreibung und den Ansprüchen erläutert. Die einzelnen Merkmale können entweder separat oder in Kombination als Ausführungsformen der Erfindung verwirklicht werden. Weiterhin können sie vorteilhafte Ausführungsformen beschreiben, die selbstständig schutzfähig sind und deren Schutz ggf. erst während oder nach Anhängigkeit der Anmeldung beansprucht wird.
Figurenliste
Die vorstehenden, sowie weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung werden in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung beispielhafter erfindungsgemäßer Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Zeichnungen veranschaulicht. Es zeigt:

1 eine Ausführungsform einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit einem Projektionsobjektiv zur Abbildung von auf einer Maske angeordneten Maskenstrukturen auf ein Substrat,
2 eine funktionale Veranschaulichung einer Ausführungsform des Projektionsobjektivs gemäß 1 mit einem Strahlungsumlenkelement,
3a eine erste Ausführungsform des Strahlungsumlenkelements gemäß 2,
3b eine zweite Ausführungsform des Strahlungsumlenkelements gemäß 2,
4 eine erste Ausführungsform der Maskenstrukturen auf der Maske gemäß 1 mit Nutzstrukturen und Hilfsstrukturen,
5 eine zweite Ausführungsform der Maskenstrukturen auf der Maske gemäß 1 mit Nutzstrukturen und Hilfsstrukturen,
6 eine Veranschaulichung eines bei einer Hexapolbeleuchtung der Maske im Sinusraum der Startwinkel resultierenden Beugungsmusters, sowie
7 eine beispielhafte Veranschaulichung einer bei Verwendung der Hexapolbeleuchtung gemäß 6 auf der Oberfläche eines optischen Elements des Projektionsobjektivs erzeugten Strahlungsverteilung.

Detaillierte Beschreibung erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele
In den nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen bzw. Ausführungsformen oder Ausführungsvarianten sind funktionell oder strukturell einander ähnliche Elemente soweit wie möglich mit den gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen. Daher sollte zum Verständnis der Merkmale der einzelnen Elemente eines bestimmten Ausführungsbeispiels auf die Beschreibung anderer Ausführungsbeispiele oder die allgemeine Beschreibung der Erfindung Bezug genommen werden.
Zur Erleichterung der Beschreibung ist in der Zeichnung ein kartesisches xyz-Koordinatensystem angegeben, aus dem sich die jeweilige Lagebeziehung der in den Figuren dargestellten Komponenten ergibt. In 1 verläuft die y-Richtung senkrecht zur Zeichenebene in diese hinein, die x-Richtung nach rechts und die z-Richtung nach oben.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer Projektionsbelichtungsanlage 10 für die Mikrolithographie. Die vorliegende Ausführungsform ist zum Betrieb im EUV-Wellenlängenbereich, d.h. mit elektromagnetischer Strahlung einer Wellenlänge von kleiner als 100 nm, insbesondere einer Wellenlänge von etwa 13,5 nm oder etwa 6,7 nm, ausgelegt. Aufgrund dieser Betriebswellenlänge sind alle optischen Elemente als Spiegel ausgeführt. Die Erfindung ist jedoch nicht auf Projektionsbelichtungsanlagen im EUV-Wellenlängenbereich begrenzt. Weitere erfindungsgemäße Ausführungsformen sind beispielsweise auf Betriebswellenlängen im UV-Bereich, wie beispielsweise 365 nm, 248 nm oder 193 nm ausgelegt. In diesem Fall sind zumindest einige der optischen Elemente als herkömmliche Transmissionslinsen konfiguriert.
Die Projektionsbelichtungsanlage 10 gemäß 1 umfasst ein Beleuchtungsmodul 12 mit einer Belichtungsstrahlungsquelle zur Erzeugung von Belichtungsstrahlung 14 sowie einem Beleuchtungssystem. Im vorliegenden Fall ist die Belichtungsstrahlungsquelle als EUV-Quelle ausgeführt und kann beispielsweise eine Plasmastrahlungsquelle umfassen. Die Belichtungsstrahlung 14 durchläuft zunächst das Beleuchtungssystem und wird von diesem auf eine Maske 16 eingestrahlt. Das Beleuchtungssystem ist dazu konfiguriert, unterschiedliche Winkelverteilungen der auf die Maske 16 auftreffenden Belichtungsstrahlung 14 zu erzeugen. Abhängig von einer vom Benutzer gewünschten Beleuchtungseinstellung, auch „Beleuchtungssetting“ genannt, konfiguriert das Beleuchtungsmodul 12 die Winkelverteilung der auf die Maske 16 auftreffenden Belichtungsstrahlung 14. Beispiele für wählbare Beleuchtungseinstellungen umfassen eine sogenannte Dipol-Beleuchtung, annulare Beleuchtung, Quadrupolbeleuchtung und Hexapolbeleuchtung.
Die Maske 16 weist in einem Maskenfeld 19 angeordnete Maskenstrukturen 18 zur zumindest teilweisen Abbildung auf ein Substrat 24 in Gestalt eines Wafers auf und ist auf einer Maskenverschiebebühne 20 verschiebbar gelagert. Dazu ist die Maske 16 in einer Maskenebene 21 und das Substrat 24 in einer Substratebene 25 angeordet. Die Maske 16 kann, wie in 1 dargestellt, als Reflexionsmaske ausgeführt sein oder alternativ, insbesondere für die UV-Lithographie, auch als Transmissionsmaske konfiguriert sein. Die Belichtungsstrahlung 14 wird in der Ausführungsform gemäß 1 an der Maske 16 reflektiert und durchläuft daraufhin ein Projektionsobjektiv 22, welches dazu konfiguriert ist, die Maskenstrukturen auf das Substrat 24 abzubilden. Die Belichtungsstrahlung 14 wird innerhalb des Projektionsobjektivs 22 mittels einer Vielzahl von optischen Elementen geführt. Die optischen Elemente sind in 1 in Gestalt von Spiegeln ausgeführt, die beispielhaft anhand der Elemente E1 bis E4 dargestellt sind. Das Substrat 24 ist auf einer Substratverschiebebühne 26 verschiebbar gelagert. Die Projektionsbelichtungsanlage 10 kann als sogenannter Scanner oder als sogenannter Stepper ausgeführt sein.
Beim Abbilden des Maskenfeldes 19 auf ein Feld auf dem Substrat 24 in Gestalt eines Waferfeldes 28 verläuft die Belichtungsstrahlung 14 im Projektionsobjektiv 22 in einem sich über die optischen Elemente E1 bis E4 erstreckenden Abbildungsstrahlengang 30. Der Abbildungsstrahlengang 30 wird durch eine in einer Pupillenebene 32 des Projektionsobjektivs 22 angeordnete Aperturblende 34 begrenzt.
In 2 ist der einem Feldpunkt FP in der Maskenebene 21 zugeordnete Abbildungsstrahlengang 30 in Bezug auf funktionale Ebenen des Projektionsobjektivs 22 schematisch dargestellt. Dazu wird der von dem Feldpunkt FP ausgehende Strahlengang anhand zweier Randstrahlen AS1 und AS2 veranschaulicht. Die Strahlen AS1 und AS2 durchlaufen die Aperturblende 34 der Pupillenebene 32 im Randbereich der Blendenöffnung und treffen an einem dem Feldpunkt FP zugeordneten Feldpunkt FP' im Waferfeld 28 sowie in einer gegebenenfalls vorhandenen Zwischenbildebene 36 im Punkt FP'' zusammen.
Die Maskenstrukturen 18 sind derart konfiguriert, dass neben der im Abbildungsstrahlengang 30 verlaufenden Abbildungsstrahlung 31 zusätzlich Überaperturstrahlung 38 erzeugt wird. Die Überaperturstrahlung 38 wird in 1 anhand der vom Feldpunkt FP weiterhin ausgehenden Strahlen ÜS1 und ÜS2 veranschaulicht. Die Strahlen ÜS1 und ÜS2 der Überaperturstrahlung 38 weisen derartige Abstrahlwinkel von der Maskenebene 21 auf, dass diese ohne einer Strahlumlenkung, welche zusätzlich zu einer ggf. von den optischen Elementen E1 bis E4 bewirkten Strahlbeeinflussung vorgenommen wird, an der Aperturblende 34 abgeblockt würde.
Zur Erzeugung der Überaperturstrahlung 38 können die Maskenstrukturen 18 Hilfsstrukturen 18-2 mit einer unterhalb einer Auflösungsgrenze des Projektionsobjektivs 22 liegenden Größe umfassen. Diese Hilfsstrukturen 18-2 sind dann zusätzlich zu auf das Substrat 24 abzubildende Nutzstrukturen 18-1 im Maskenfeld 19 angeordnet. Die 4 und 5 zeigen zwei verschiedene Ausführungsformen der Anordnung der Hilfsstrukturen 18-2 in Bezug auf die Nutzstrukturen 18-1.
In der in 4 dargestellten Ausführungsform sind die Hilfsstrukturen 18-2 getrennt von den Nutzstrukturen 18-1 angeordnet, und zwar in unterschiedlichen Abschnitten 19-2 bzw. 19-1 des Maskenfeldes 19. Die Nutzstrukturen 18-1 sind in der schematischen Abbildung durch vertikal und horizontal angeordnete unterbrochene Linien unterschiedlicher Breite veranschaulicht. Die Hilfsstrukturen 18-2 werden durch ein Liniengitter mit einem Periodenabstand unterhalb der Auflösungsgrenze des Projektionsobjektivs 22 veranschaulicht. Gemäß einer Ausführungsvariante werden die Abschnitte 19-2 mit den Hilfsstrukturen 18-2 überall dort angeordnet, wo das Maskendesign Lücken zwischen den Abschnitten 19-1 für die Nutzstrukturen 18-1 vorsieht.
Insbesondere für den Fall, in dem gemäß Maskendesign nur wenige Lücken zwischen den Abschnitten 19-1 für die Nutzstrukturen 18-1 vorgesehen sind, kann die in 5 veranschaulichte Ausführungsform Verwendung finden. Gemäß dieser Ausführungsform wird zumindest ein Teil der Hilfsstrukturen 18-2 in einem oder mehreren für die Nutzstrukturen vorgesehenen Abschnitten 19-1 angeordnet. Dabei können die Hilfsstrukturen 18-2, derart angeordnet werden, dass sie mit einzelnen Strukturelementen der Nutzstrukturen 18-1 einteilige Elemente bilden, wie in 5 bezüglich eines rechteckförmigen Strukturelements 18-1a veranschaulicht. An Längsseiten des Strukturelements 18-1a sind die Hilfsstrukturen 18-2 in Form von quer zu den Längsseiten ausgerichteten dünnen Linien angeordnet.
Die dünnen Linien sind so konfiguriert, dass diese nicht im Bild des Projektionsobjektivs 22 auflösbar sind. In der gezeigten Ausführungsform weist das Strukturelement 18-1a eine Dimensionierung auf, welche erheblich oberhalb der Auflösungsgrenze des Projektionsobjektivs 22 liegt, während die weiterhin dargestellten Strukturelemente 18-1 b nahe an der Auflösungsgrenze liegen. Die Strukturelemente 18-1b sind nicht mit den Hilfsstrukturen versehen. Eine analoge Anordnung der Hilfsstrukturen 18-2 an den Strukturelementen 18-1 b würde eine maßgebliche Veränderung der Form der Strukturelemente im Resistbild bewirken, die mit einer gegebenenfalls vorhandenen (gewollten) Konturmanipulation mittels sogenannter OPC-Strukturen (Strukturen zur optischen Nahbereichskorrektor - OPC: Englisch für „optical proximity correction") konkurrieren würde. Die Dimensionierung des Strukturelements 18-1 a ist dagegen so weit von der Auflösungsgrenze des Projektionsobjektivs 22 entfernt, dass die Hilfsstrukturen keine produktrelevante Konturveränderung des Resistbildes bewirken. Insbesondere kommen als derartiges Strukturelement 18-1 a Strukturen mit einer Ortsperiode in Betracht, welche mindestens einen Faktor 2 oberhalb der Auflösungsgrenze des Projektionsobjektivs 22 liegt.
Die in 5 dargestellten Hilfsstrukturen 18-2 können alternativ auch in gewissem Abstand vom Strukturelement 18-1 a angeordnet sein, sodass das Strukturelement 18-1a kein einteiliges Element mit den Strukturelementen der Hilfsstrukturen 18-2 bildet. Alternativ zur Verwendung von Hilfsstrukturen 18-2 gemäß der 4 und 5 kann die Überaperturstrahlung 38 auch anhand höherer Beugungsordnungen, wie etwa der +2. oder -2. Beugungsordnung, der Nutzstrukturen 18-1 gebildet werden.
Wie in 2 gezeigt, ist das Projektionsobjektiv 22 mit einer Einhausung 40 versehen, welche den Abbildungsstrahlengang 30 in einem gewissen Abstand umgibt. Die Einhausung 40 umfasst ein oder mehrere Strahlumlenkelemente 42, welche dazu konfiguriert sind, zumindest einen Teil der Überaperturstrahlung 38 auf mindestens eines der optischen Elemente E1 bis E4 zu lenken. Dieser Mechanismus ist in 2 anhand der Strahlen ÜS1 und US2 veranschaulicht. Durch die jeweilige Umlenkung dieser Strahlen entstehen die umgelenkten Strahlen ÜS1' und ÜS2`. Diese umgelenkten Strahlen haben dann scheinbar ihren Ursprung in den virtuellen Quellen VQ1 und VQ2 außerhalb des Maskenfeldes 19 und Verlaufen im Bereich der Pupillenebene 32 weit innerhalb der Öffnung der Aperturblende 34.
Ein optisch nahe der Pupillenebene 32 angeordnetes optisches Element, wie etwa das beispielhaft in 2 eingezeichnete optische Element E2, wird damit von den umgelenkten Strahlen ÜS1' und ÜS2' in jeweiligen Abschnitten 44-1 und 44-2 angestrahlt, welche näher am Zentrum des optischen Elements E2 liegen als die von den Strahlen AS1 und AS2 bestrahlten Abschnitte. Die Einstrahlung der Strahlen ÜS1' und ÜS2' bewirkt eine Temperaturerhöhung der Abschnitte 44-1 und 44-2. Die angestrahlten Abschnitte 44-1 und 44-2 werden so gewählt, dass deren Aufheizung eine Verringerung eines Bildfehlers des Projektionsobjektivs 22 bewirkt.
Insbesondere kann dies dadurch erfolgen, dass Abschnitte des optischen Elements E2, die von der im Abbildungsstrahlengang 30 geführten Abbildungsstrahlung 31 (vgl. Strahlen AS1 und AS2) unterdurchschnittlich bestrahlt werden und damit im Vergleich zu einem Mittelwert über das gesamte optische Element eine geringere absorbierte Leistung aufweisen, als die von der Überaperturstrahlung 38 anzustrahlenden Abschnitte 44-1 und 44-2 ausgewählt werden. Mit anderen Worten wird die Überaperturstrahlung 38 in einen Abschnitt eines der optischen Elemente gelenkt, in dem im Vergleich zu einer mittleren Temperatur über einen im Abbildungsstrahlengang angeordneten Bereich des optischen Elements eine niedrigere Temperatur vorliegt. Unter der mittleren Temperatur ist insbesondere die ohne Berücksichtigung der durch die Überaperturstrahlung erzeugten Temperaturerhöhung vorliegende mittlere Temperatur des betreffenden optischen Elements zu verstehen. Die sich unter Berücksichtigung der durch die Überaperturstrahlung erzeugte Temperaturerhöhung im betreffenden Abschnitt einstellende Temperatur kann insbesondere kleiner oder auch größer sein als die sich einstellende mittlere Temperatur des optischen Elements.
In 7 ist beispielhaft eine Strahlungsverteilung der Abbildungsstrahlung 31 sowie der Überaperturstrahlung 38 auf der Oberfläche des optischen Elements E2 bei Beleuchtung der Maske 16 mit einer Hexapolbeleuchtung veranschaulicht. 6 zeigt ein daraus resultierendes Beugungsmuster im Sinusraum der Startwinkel. Die darin eingezeichnete Ellipse bezeichnet die eingangsseitige Nutzapertur 35, welche etwa durch die in 2 dargestellte Aperturblende 34 definiert sein kann. Die innerhalb der Nutzapertur 35 liegende Strahlung dient als Abbildungsstrahlung 31 und die außerhalb der Nutzapertur liegende Strahlung als Überaperturstrahlung 38. Die in der zu Veranschaulichtungszwecken in 7 dargestellte Strahlungsverteilung der Abbildungsstrahlung 31 auf der Oberfläche des optischen Elements E2 weist eine äußere ringförmige Gestalt auf, sodass der äußere Bereich des optischen Elements E2 durch die Abbildungsstrahlung 31 stärker aufgeheizt wird als der zentrale Bereich des optischen Elements E2 ohne Abbildungsstrahlung. Diese Temeraturinhomogenität wird durch die Einstrahlung der Überaperturstrahlung 38 in den zentralen Bereich ausgeglichen.
Weist das Projektionsobjektiv 22 die in 2 gezeigte Zwischenbildebene 36 auf, so kann die Überaperturstrahlung, die in dieser Ebene außerhalb des von der Abbildungsstrahlung 31 beleuchteten Abbildungsfeldes 37 verläuft, mittels einer Blende geblockt werden, um Falschlichtbeiträge am Wafer 28 zu vermeiden. Dies könnte dann sinnvoll sein, wenn lediglich eine Bestrahlung von oberhalb der Zwischenbildebne 36 angeordneten optischen Elementen gewünscht ist. Alternativ könnte eine Feldblende unmittelbar vor dem Waferfeld 28 die Falschlichtbeiträge blocken.
In den 3a und 3b ist der in 2 mit III gekennzeichnete Abschnitt mit dem Strahlungsumlenkelement 42 in zwei verschiedenen Ausführungsformen dargestellt. In beiden Ausführungsformen dient das Strahlungsumlenkelement 42 zur Reflexion und/oder Streuung der Überaperturstrahlung 38, welche hier mit dem Strahl ÜS1 veranschaulicht wird. In der Ausführungsform gemäß 3a ist das Strahlumlenkelement 42 als eine Verspiegelungs- bzw. Streuschicht auf einer Gehäusewand 46 der Einhausung 40 aufgebracht und ist damit Teil der Einhausung 40 bzw. eines Gehäuses des Projektionsobjektivs 22.
In der Ausführungsform gemäß 3b ist das Strahlumlenkelement 42 als Streuplatte oder Spiegelplatte ausgeführt, deren Position mittels eines an der Einhausung befestigten Manipulators 48 in allen sechs Starrkörperfreiheitsgraden verändert werden kann. Insbesondere kann das Strahlumlenkelement 42 in alle Raumrichtungen verkippt werden.
Das Design der Maskenstrukturen 18 auf der Maske 16 kann gemäß einer Ausführungsform wie nachfolgend beschrieben erstellt werden. Unter dem Design sind die Designdaten zu verstehen, anhand welcher dann die Maskenstrukturen auf die Maske geschrieben werden. Zunächst werden die Nutzstrukturen 18-1 gemäß den Anforderungen des mittels der lithographischen Belichtung zu fertigenden Produkts im Design der Maske angeordnet. Daraufhin werden sich während des Belichtungsbetriebs aufgrund der Abbildung der Nutzstrukturen 18-1 in einem oder mehreren der optischen Elemente E1 bis E4 des Projektionsobjektivs 22 einstellende Temperaturverteilungen etwa durch Simulation oder durch Messung bestimmt. Daraufhin werden sich aufgrund der bestimmten Temperaturverteilung einstellende Abbildungsfehler des Projektionsobjektivs 22, etwa durch Simulation oder Messung, ermittelt. Im Anschluss wird mindestens ein Abschnitt 44-1 bzw. 44-2 auf dem oder den optischen Elementen E1 bis E4, an dem eine Temperaturerhöhung eine Verringerung der Abbildungsfehler bewirkt, bestimmt. Schließlich werden derartige Hilfsstrukturen 18-2 im Design der Maske angeordnet, dass die Hilfsstrukturen 18-2 während des Belichtungsbetriebs den Abbildungsstrahlengang derart verlassende Überaperturstrahlung 38 erzeugen, dass diese durch mindestens ein außerhalb des Abbildungsstrahlengangs 30 angeordnetes Strahlungsumlenkelement 42 des Projektionsobjektivs 22 auf den bestimmten Abschnitt 44-1 bzw. 44-2 gelenkt wird.
Gemäß einer Ausführungsvariante des Designverfahrens erfolgt eine gemeinsame Optimierung der Anordnung der Hilfsstrukturen 18-2 sowie einer während des Belichtungsbetriebs vorzunehmenden Beleuchtungseinstellung. Das heißt, die Wirkung der Anordnung der Hilfsstrukturen 18-2 und die Wirkung der Beleuchtungseinstellung auf die Verringerung der Abbildungsfehler wird gleichzeitig optimiert. Gegebenenfalls wird weiterhin die Wirkung der Beleuchtungseinstellung auf die Abbildung der Nutzstrukturen 18-1 in die Optimierung mit einbezogen.
Die vorstehende Beschreibung beispielhafter Ausführungsbeispiele, Ausführungsformen bzw. Ausführungsvarianten ist exemplarisch zu verstehen. Die damit erfolgte Offenbarung ermöglicht es dem Fachmann einerseits, die vorliegende Erfindung und die damit verbundenen Vorteile zu verstehen, und umfasst andererseits im Verständnis des Fachmanns auch offensichtliche Abänderungen und Modifikationen der beschriebenen Strukturen und Verfahren. Daher sollen alle derartigen Abänderungen und Modifikationen, insoweit sie in den Rahmen der Erfindung gemäß der Definition in den beigefügten Ansprüchen fallen, sowie Äquivalente vom Schutz der Ansprüche abgedeckt sein.
Bezugszeichenliste

10: Projektionsbelichtungsanlage
12: Beleuchtungsmodul
14: Belichtungsstrahlung
16: Maske
18: Maskenstrukturen
18-1: Nutzstrukturen
18-1a, 18-1b: Strukturelemente der Nutzstrukturen
18-2: Hilfsstrukturen
19: Maskenfeld
19-1: Abschnitt des Maskenfeldes mit Nutzstrukturen
19-2: Abschnitt des Maskenfeldes mit Hilfsstrukturen
20: Maskenverschiebebühne
21: Maskenebene
22: Projektionsobjektiv
24: Substrat
25: Substratebene
26: Substratverschiebebühne
28: Waferfeld
30: Abbildungsstrahlengang
31: Abbildungsstrahlung
32: Pupillenebene
34: Aperturblende
35: eingangsseitige Nutzapertur
36: Zwischenbildebene
37: Abbildungsfeld
38: Überaperturstrahlung
40: Einhausung
42: Strahlungsumlenkelement
44-1, 44-2: mit Überaperturstrahlung angestrahlte Abschnitte des optischen Elements
46: Gehäusewand
48: Manipulator
AS1, AS2: Randstrahlen des Abbildungsstrahlengangs
ÜS1, ÜS2: Strahlen der Überaperturstrahlung
ÜS1', ÜS2': umgelenkte Strahlen der Überaperturstrahlung

Claims

Projektionsbelichtungsanlage (10) für die Mikrolithographie mit einer Maske (16) sowie einem mehrere optische Elemente (E1-E4) aufweisenden Projektionsobjektiv (22), welches einen sich über die optischen Elemente erstreckenden Abbildungsstrahlengang (30) zum Abbilden eines Maskenfeldes (19) auf ein Substrat (24) während eines Belichtungsbetriebs umfasst, wobei die Maske derart konfigurierte Strukturen (18) umfasst, dass daran während des Belichtungsbetriebs Überaperturstrahlung (38) erzeugt wird, welche den Abbildungsstrahlengang verlässt, und wobei das Projektionsobjektiv (22) mindestens ein außerhalb des Abbildungsstrahlengangs angeordnetes Strahlungsumlenkelement (42) aufweist, welches dazu konfiguriert ist, zumindest einen Teil der Überaperturstrahlung derart auf mindestens eines der optischen Elemente zu lenken, dass am optischen Element eine Temperaturerhöhung bewirkt wird, welche eine Verringerung eines Bildfehlers des Projektionsobjektivs bedingt.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 1, bei der die Strukturen (18) und/oder das mindestens eine Strahlungsumlenkelement (42) dazu konfiguriert sind, die Überaperturstrahlung (38) in einen Abschnitt (44) des mindestens einen optischen Elements zu lenken, in dem im Vergleich zu einer mittleren Temperatur über einen im Abbildungsstrahlengang angeordneten Bereich des optischen Elements eine niedrigere Temperatur vorliegt.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 2, bei welcher der Abschnitt (44), in den die Überaperturstrahlung gelenkt wird, im Abbildungsstrahlengang (30) angeordnet ist.
Projektionsbelichtungsanlage nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei der das Strahlungsumlenkelement (42) zur Reflexion und/oder Streuung der Überaperturstrahlung konfiguriert ist.
Projektionsbelichtungsanlage nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei der das mindestens eine Strahlungsumlenkelement (42) Teil eines Gehäuses des Projektionsobjektivs ist.
Projektionsbelichtungsanlage nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei der das mindestens eine Strahlungsumlenkelement (42) mit einem Manipulator (48) versehen ist, mit dem die Umlenkeigenschaft des Strahlungsumlenkelements verändert werden kann.
Projektionsbelichtungsanlage nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei der die Maske (16) auf das Substrat abzubildende Nutzstrukturen (18-1) sowie Hilfsstrukturen (18-2) mit einer unterhalb einer Auflösungsgrenze des Projektionsobjektivs liegenden Größe zur Erzeugung der Überaperturstrahlung umfasst.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 7, bei der zumindest ein Teil der Hilfsstrukturen (18-2) getrennt von den Nutzstrukturen (18-2) auf der Maske angeordnet sind.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 7 oder 8, bei der zumindest ein Teil der Hilfsstrukturen (18-2) in Regionen des Maskenfeldes angeordnet sind, die keine Nutzstrukturen aufweisen.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 7, bei der zumindest ein Teil der Hilfsstrukturen (18-2) mit zumindest einem Teil der Nutzstrukturen (18-1 a) einteilige Elemente bilden.
Projektionsbelichtungsanlage nach einem der vorausgehenden Ansprüche, welche zum Betrieb im EUV-Wellenlängenbereich konfiguriert ist.
Verfahren zum Design einer Maske (16) für die Mikrolithographie mit den Schritten: - Anordnen von Nutzstrukturen (18-1) im Design einer Maske (16), welche zur Abbildung auf ein Substrat (24) während eines Belichtungsbetriebs einer Projektionsbelichtungsanlage (10) für die Mikrolithographie durch Führen von Belichtungsstrahlung (14) in einem sich über mehrere optische Elemente (E1-E4) eines Projektionsobjektivs (22) der Projektionsbelichtungsanlage erstreckenden Abbildungsstrahlengang (30) konfiguriert sind, - Bestimmen einer sich während des Belichtungsbetriebs aufgrund der Abbildung der Nutzstrukturen (18-1) in mindestens einem der optischen Elemente des Projektionsobjektivs einstellenden Temperaturverteilung, - Ermitteln von sich aufgrund der Temperaturverteilung einstellenden Abbildungsfehlern des Projektionsobjektivs, - Bestimmen mindestens eines Abschnitts (44-1, 44-2) auf dem optischen Element, an dem eine Temperaturerhöhung eine Verringerung des Abbildungsfehler bewirkt, sowie - derartiges Anordnen von Hilfsstrukturen (18-2), deren Größe unterhalb einer Auflösungsgrenze des Projektionsobjektivs liegt, im Design der Maske, dass die Hilfsstrukturen während des Belichtungsbetriebs den Abbildungsstrahlengang derart verlassende Überaperturstrahlung (38) erzeugen, dass diese durch mindestens ein außerhalb der Abbildungsstrahlengangs angeordnetes Strahlungsumlenkelement (42) des Projektionsobjektivs auf den bestimmten Abschnitt gelenkt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem weiterhin eine während des Belichtungsbetriebs vorzunehmende Beleuchtungseinstellung, mit der eine Richtungsverteilung einer Beleuchtung der Maske mit der Belichtungsstrahlung festgelegt wird, bestimmt wird, wobei die Anordnung der Hilfsstrukturen und die Beleuchtungseinstellung durch gemeinsame Optimierung bestimmt werden.