DE102022212136A1 - Process for determining image errors in high-resolution imaging systems using wavefront measurement - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung von Bildfehlern hochauflösender Abbildungssysteme per Wellenfrontmessung sowie ein entsprechendes Computerprogrammprodukt. Gemäß der Erfindung werden dabei zur Ermittlung von Bildfehler eines Abbildungssystems auf eine Designmatrix zurückgegriffen, die neben Beugungen nullter und erster Ordnung auch noch Beugungen zweiter und/oder weiterer höherer Ordnungen berücksichtigt. Auf Basis von durch einen Interferogramm-Sensor erfasster Abbildungen des Abbildungssystems bekannter, zweifach gebeugter Beleuchtungsstrahlen lassen sich dann Abbildungsfehler präzise ermitteln.The invention relates to a method for determining image errors in high-resolution imaging systems using wavefront measurements and a corresponding computer program product. According to the invention, a design matrix is used to determine image errors of an imaging system, which in addition to diffractions of the zeroth and first order also takes into account diffractions of the second and/or other higher orders. On the basis of images of the imaging system of known, doubly diffracted illumination beams recorded by an interferogram sensor, imaging errors can then be precisely determined.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung von Bildfehlern hochauflösender Abbildungssysteme per Wellenfrontmessung sowie ein entsprechendes Computerprogrammprodukt.The invention relates to a method for determining image errors in high-resolution imaging systems using wavefront measurement and a corresponding computer program product.
Bei Anwendungen, wie der Mikrolithografie, werden besonders hochauflösende Abbildungssysteme verwendet, um die Struktur einer Maske (auch als Retikel bezeichnet) verkleinernd auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht beschichtetes Substrat zu übertragen. Das Abbildungssystem wird dabei auch als Projektionssystem bezeichnet, welches zusammen mit einem Beleuchtungssystem, welches die Maske beleuchtet, eine Projektionsbelichtungsanlage bildet, wie sie insbesondere für die Mikrolithografie bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen verwendet wird.In applications such as microlithography, particularly high-resolution imaging systems are used in order to transfer the structure of a mask (also known as a reticle) in a reduced manner onto a substrate coated with a light-sensitive layer. The imaging system is also referred to as a projection system which, together with an illumination system which illuminates the mask, forms a projection exposure system such as is used in particular for microlithography in the production of semiconductor components.
Damit die in der Regel bereits sehr feinen Strukturen einer Maske ordnungsgemäß durch das Abbildungssystem, ggf. verkleinernd, abgebildet werden, sind die an dem Abbildungssystem beteiligten optischen Elemente, wie Spiegel oder Linsen, hochgenau zu fertigen. Trotz der hochgenauen Fertigung der einzelnen optischen Elemente zeigt sich, dass es bei deren Zusammenspiel in einem Abbildungssystem dennoch zu kleinen, bspw. bei der Herstellung von Halbleitern aber äußerst relevanten Abweichung in der Abbildung kommt, die auch als Bildfehler bezeichnet werden.The optical elements involved in the imaging system, such as mirrors or lenses, must be manufactured with high precision so that the structures of a mask, which are usually already very fine, are properly imaged by the imaging system, if necessary reduced. Despite the high-precision production of the individual optical elements, it has been shown that when they interact in an imaging system, there are still small deviations in the image, which are extremely relevant, for example in the manufacture of semiconductors, and are also referred to as image errors.
Aus dem Stand der Technik sind Verfahren bekannt, mit denen die Abbildungsqualität eines Abbildungssystems ermittelt bzw. mögliche Bildfehler des Abbildungssystems ortsaufgelöst aufgedeckt werden können. Mithilfe dieser Informationen lassen sich dann einzelne optische Elemente des Abbildungssystems identifizieren und derart nachbearbeiten, dass nach dem Wiedereinsetzen in das Abbildungssystem die Bildfelder derart reduziert worden sind, dass die Abbildungsqualität des Abbildungssystems auf ein gewünschtes Maß gesteigert werden kann.Methods are known from the prior art with which the imaging quality of an imaging system can be determined or possible image errors in the imaging system can be detected in a spatially resolved manner. Using this information, individual optical elements of the imaging system can then be identified and post-processed in such a way that after reinsertion into the imaging system, the image fields have been reduced in such a way that the imaging quality of the imaging system can be increased to a desired level.
Ein Verfahren zur Ermittlung von möglichen Bildfehlern ist die Wellenfronterfassung von mehrfach gitter-gebeugten Beleuchtungsstrahlen. Dabei werden Beleuchtungsstrahlen von bekannten Positionen in der objektseitigen Pupillenebene des Abbildungssystems auf ein in der objektseitigen Feldebene angeordneten erstes Beugungsgitter durch das Abbildungssystem auf ein in der bildseitigen Feldebene angeordnetes zweites Beugungsgitter übertragen, sodass sich in der bildseitigen Pupillenebene ein interferometrisches Abbild der Beleuchtungsstrahlen ergibt, welches mit einem geeigneten Sensor erfasst werden kann.A method for determining possible image errors is the wavefront detection of multiple grating-diffracted illumination beams. Illumination beams are transmitted from known positions in the object-side pupil plane of the imaging system to a first diffraction grating arranged in the object-side field plane through the imaging system to a second diffraction grating arranged in the image-side field plane, so that an interferometric image of the illumination rays results in the image-side pupil plane, which a suitable sensor can be detected.
Wird das Verfahren mit unterschiedlichen Positionen, von denen der Beleuchtungsstrahl ausgeht, und/oder beim planvollen Verschieben eines der beiden Beugungsgitters in der bildseitigen Feldebene wiederholt, ergeben sich eine Vielzahl von interferometrischen Bildern, aus denen dann die Abbildungsqualität des Abbildungssystems ortsgenau ermittelt werden kann, bspw. mittels einer Matrix, die auf die Messergebnisse in Form der interferometrischen Bilder gefittet wird. Es lassen sich dann diejenigen optischen Elemente in dem Abbildungssystem identifizieren, bei denen durch geeignete Nachbearbeitungsmaßnahmen Bildfehler des Abbildungssystems reduziert bzw. dessen Abbildungsqualität gesteigert werden kann.If the process is repeated with different positions from which the illumination beam emanates and/or with the planned displacement of one of the two diffraction gratings in the field plane on the image side, a large number of interferometric images result, from which the imaging quality of the imaging system can then be determined locally, e.g .using a matrix that is fitted to the measurement results in the form of the interferometric images. It is then possible to identify those optical elements in the imaging system in which image errors of the imaging system can be reduced or whose imaging quality can be increased by suitable post-processing measures.
Auch wenn sich mit aus einer gemäß dem Stand der Technik ermittelte Matrix ergebenden Maßnahmen zur Korrektur der optischen Elemente eines hochauflösenden Abbildungssystems regelmäßig gute und häufig auch ausreichende Ergebnisse bei der Steigerung der Abbildungsqualität erreichen lassen, ist insbesondere im Hinblick auf immer höhere Anforderungen an die Abbildungsqualität, wie sie sich bspw. bei der EUV-Technologie - also einer Belichtung mit einer Wellenlänge von 5 nm bis 30 nm - und den dabei möglichen besonders kleinen zu projizierenden Strukturen ergeben, nicht immer gesichert, dass mit der aus dem Stand der Technik bekannte Ermittlung von Bildfehlern auch bei solchen Systemen eine ausreichende Abbildungsqualität gewährleisten kann.Even if measures for correcting the optical elements of a high-resolution imaging system resulting from a matrix determined according to the state of the art can regularly achieve good and often also sufficient results in increasing the imaging quality, it is particularly important with regard to ever-increasing demands on the imaging quality, as they occur, for example, in EUV technology - i.e. exposure to a wavelength of 5 nm to 30 nm - and the particularly small structures that are possible to be projected, are not always certain that the determination of known from the prior art Image errors can also ensure adequate imaging quality in such systems.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und ein Computerprogrammprodukt zur Ermittlung von Bildfehlern hochauflösender Abbildungssysteme zu schaffen, bei dem die möglichen Nachteile aus dem Stand der Technik nicht oder nur in gemindertem Umfang auftreten.It is therefore the object of the present invention to provide a method and a computer program product for determining image errors in high-resolution imaging systems in which the possible disadvantages of the prior art do not occur or occur only to a reduced extent.
Gelöst wird die Erfindung durch ein Verfahren gemäß dem Hauptanspruch sowie ein Computerprogrammprodukt gemäß dem nebengeordneten Anspruch. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.The invention is achieved by a method according to the main claim and a computer program product according to the independent claim. Advantageous developments are the subject of the dependent claims.
Demnach betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Ermittlung von Bildfehlern hochauflösender Abbildungssysteme per Wellenfrontmessung, wobei in einer objektseitigen Pupillenebene des Abbildungssystems eine Beleuchtungsquelle, in einer objektseitigen, zwischen Beleuchtungsquelle und Abbildungssystem liegenden Feldebene ein erstes Beugungsgitter, in einer bildseitigen Pupillenebene ein Interferogramm-Sensor und in einer bildseitigen, zwischen Abbildungssystem und Interferogramm-Sensor liegenden Feldebene ein zweites Beugungsgitter angeordnet sind, wobei eines der beiden Beugungsgitter in der Feldebene, in der es angeordnet ist, verschiebbar ist, umfassend die Schritte:
- - Beleuchten des ersten Beugungsgitters mit durch die Beleuchtungsquelle erzeugten Beleuchtungsstrahlen ausgehend von bekannten Positionen in der objektseitigen Pupillenebene;
- - Erfassen des sich durch die Beugungsgitter und das Abbildungssystem ergebenden Abbildes des Beleuchtungsstrahls auf dem Interferogramm-Sensor auch umfassend Beugungen 2ter und größerer Ordnungen;
- - Wiederholen der vorstehenden Schritte bei vorgegebener Verschiebung des verschiebbaren Beugungsgitters in der zugehörigen Feldebene;
- - Berechnen einer die idealen optischen Eigenschaften des Abbildungssystems wiedergebenden Designmatrix, wobei die Designmatrix wenigstens Beugungen nullter, erster, zweiter Ordnung umfasst; und
- - Ermitteln von Bildfehlern des Abbildungssystems auf Basis der durch den Interferogramm-Sensor erfassten Abbildungen und einer die idealen optischen Eigenschaften des Abbildungssystems wiedergebenden Designmatrix, wobei die Designmatrix wenigstens Beugungen nullter, erster, zweiter Ordnung umfasst.
- - Illuminating the first diffraction grating with illumination beams generated by the illumination source, starting from known positions in the object-side pupil plane;
- - Detecting the image of the illumination beam produced by the diffraction grating and the imaging system on the interferogram sensor, also including diffractions of the 2nd and larger orders;
- - repeating the above steps with a predetermined displacement of the displaceable diffraction grating in the associated field plane;
- - calculating a design matrix which represents the ideal optical properties of the imaging system, the design matrix comprising at least zeroth, first and second order diffractions; and
- - Determination of image errors of the imaging system on the basis of the images recorded by the interferogram sensor and a design matrix reflecting the ideal optical properties of the imaging system, the design matrix comprising at least zeroth, first, second order diffractions.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt oder einen Satz von Computerprogrammprodukten, umfassend Programmteile, welche, wenn geladen in einen Computer oder in untereinander vernetze Computer zur Berechnung die idealen optischen Eigenschaften des Abbildungssystems wiedergebende Designmatrix, wobei die Designmatrix wenigstens Beugungen nullter, erster, zweiter Ordnung umfasst, und zur Ermittlung von die Bildfehler des Abbildungssystems widerspiegelnden Werten auf Basis der durch den Interferogramm-Sensor erfassten Abbildungen und der Designmatrix ausgebildet sind.Furthermore, the invention relates to a computer program product or a set of computer program products, comprising program parts which, when loaded into a computer or into interconnected computers for calculation, reflect the ideal optical properties of the imaging system, the design matrix comprising at least diffractions of the zeroth, first, second order , and are designed to determine values reflecting the image errors of the imaging system on the basis of the images recorded by the interferogram sensor and the design matrix.
Zunächst werden einige in Verbindung mit der Erfindung verwendete Begriffe erläutert:First, some terms used in connection with the invention are explained:
Mit „objektseitige Pupillenebene“ sowie „objektseitige Feldebene“ sind Ebenen bezeichnet, die auf der Seite des Abbildungssystems liegen, auf der für gewöhnlich das abzubildende Objekt zu erwarten ist. In einer objektseitigen Pupillenebene kann bspw. die Beleuchtung angeordnet sein, während es sich bei einer objektseitige Feldebene bspw. um die Retikelebene handeln kann.“Object-side pupil plane” and “object-side field plane” designate planes that lie on the side of the imaging system on which the object to be imaged is usually to be expected. The illumination can, for example, be arranged in an object-side pupil plane, while a field plane on the object-side can be, for example, the reticle plane.
Mit „bildseitiger Pupillenebene“ sowie „bildseitiger Feldebene“ sind Ebenen bezeichnet, die auf der Seite des Abbildungssystems liegen, auf der für gewöhnlich die Abbildung eines Objektes zu erwarten ist. In einer bildseitigen Pupillenebene kann bspw. eine Kamera angeordnet sein. Bei einer bildseitigen Feldebene kann es sich bspw. um die Waferebene handeln.“Image-side pupil plane” and “image-side field plane” designate planes that lie on the side of the imaging system on which imaging of an object is usually to be expected. A camera, for example, can be arranged in an image-side pupil plane. An image-side field plane can be the wafer plane, for example.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die im Stand der Technik verbreitete Annahme, für die Ermittlung der Abbildungsqualität eines Abbildungssystems per Wellenfrontmessung sei es ausreichend, lediglich die Beugung nullter, und erster Ordnung zu betrachten - weshalb auch die bekannten Algorithmen zur Ermittlung einer Designmatrix eines Abbildungssystems abschließend auf diese Ordnungen beschränkt sind - nicht für sämtliche Anwendungsfälle eine ausreichende Genauigkeit ergeben. In der Folge können auch auf Basis einer solchen Designmatrix ermittelte Nachbearbeitungsmaßnahmen eine im Ergebnis ausreichende Abbildungsqualität des untersuchten Abbildungssystems nicht für alle Anwendungsfälle sicherstellen.The invention is based on the finding that the assumption, widespread in the prior art, that to determine the imaging quality of an imaging system by wavefront measurement, it is sufficient to only consider the zeroth and first order diffraction - which is why the known algorithms for determining a design matrix of a Imaging system are finally limited to these orders - do not result in sufficient accuracy for all applications. As a result, post-processing measures determined on the basis of such a design matrix cannot ensure an ultimately sufficient imaging quality of the imaging system examined for all applications.
Kern der Erfindung ist es, einen die Abbildungseigenschaften eines Abbildungssystems möglichst präzise in einer Designmatrix abzubilden, sodass sich aus einem Abgleich mit erfassten interferometrischen Abbildern von Belichtungsstrahlen genauere Informationen zu möglichen Abbildungsfehlern ergeben, aus der sich zuverlässiger zur Erhöhung der Abbildungsqualität geeignete Nachbearbeitungsmaßnahmen ableiten lassen.The core of the invention is to map the imaging properties of an imaging system as precisely as possible in a design matrix, so that a comparison with recorded interferometric images of exposure beams results in more precise information on possible imaging errors, from which post-processing measures suitable for increasing the imaging quality can be derived more reliably.
Dabei wurde erkannt, dass die im Stand der Technik als ausreichend angesehene und sich für eine Vielzahl der Anwendungen als ausreichend erwiesene Beschränkung auf Beugungen nullter und erster Ordnung letztendlich eine Begrenzung für die Realitätsnähe der Designmatrix und somit der möglichen Erhöhung der Abbildungsqualität durch geeignete Nachbearbeitungsmaßnahmen auf Basis der Designmatrix bedeutet und aufzuheben ist, damit auch Beugungen höherer Ordnung berücksichtigt werden können. Auch wenn diese Beugungen höherer Ordnung auf den ersten Blick ggf. nur einen kleinen Effekt auf die Abbildungsqualität und/oder die Genauigkeit der Designmatrix haben mögen, so hat sich gezeigt, dass die bei besonders hohen Anforderungen an die Abbildungsqualität nicht vernachlässigt werden können. Da die aus dem Stand der Technik bekannten Algorithmen zur Ermittlung einer Designmatrix auf Basis von interferometrischen Abbildern jedoch ausschließlich Beugungen nullter und erster Ordnung berücksichtigen können, ist Teil der vorliegenden Erfindung ein neuer Algorithmus, mit dem eine deutliche realitätsnähere Designmatrix erstellt werden kann, als im Stand der Technik möglich.It was recognized that the limitation to zeroth and first-order diffractions, which is considered sufficient in the prior art and has proven to be sufficient for a large number of applications, ultimately limits the realism of the design matrix and thus the possible increase in imaging quality through suitable post-processing measures on the basis of the design matrix and must be canceled so that higher-order diffractions can also be taken into account. Even if Although at first glance these higher-order diffractions may only have a small effect on the imaging quality and/or the accuracy of the design matrix, it has been shown that when the requirements for imaging quality are particularly high, they cannot be neglected. However, since the algorithms known from the prior art for determining a design matrix based on interferometric images can only take into account zeroth and first order diffractions, part of the present invention is a new algorithm with which a significantly more realistic design matrix can be created than in the prior art the technology possible.
Es hat sich auch gezeigt, dass - sofern gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren keine höhere Genauigkeit in der Designmatrix erforderlich ist - bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine gegenüber dem Stand der Technik reduzierte Anzahl an interferometrischen Messungen ausreichend ist, um vergleichbar verlässliche Aussagen zu Abbildungsfehlern treffen zu können. In solchen Fällen kann das erfindungsgemäße Verfahren also schneller sein als das aus dem Stand der Technik Bekannte.It has also been shown that - provided no higher accuracy in the design matrix is required compared to the methods known from the prior art - in the method according to the invention a reduced number of interferometric measurements compared to the prior art is sufficient to obtain comparably reliable statements to be able to meet imaging errors. In such cases, the method according to the invention can therefore be faster than that known from the prior art.
Eine bevorzugte Möglichkeit der Ermittlung von Bildfehlern hochauflösender Abbildungssysteme per Wellenfrontmessung, bei der auch Beugungen zweiter und/oder höherer Ordnungen berücksichtigt werden können, wird nachfolgend erläutert.A preferred possibility of determining image errors in high-resolution imaging systems by wavefront measurement, in which diffractions of the second and/or higher orders can also be taken into account, is explained below.
Die eigentliche Ermittlung interferometrischer Abbildungen erfolgt vergleichbar zum bekannten Stand der Technik: ausgehend von in einer objektseitigen Pupillenebene des Abbildungssystems angeordneten Beleuchtungsquelle werden definierte - d. h. in Position auf und Ausrichtung gegenüber der Pupillenebene bekannter - Beleuchtungsstrahlen in das Abbildungssystem ausgesandt. In der Regel ist es vorteilhaft, wenn der Beleuchtungsstrahl dieselbe oder eine vergleichbare Wellenlänge aufweist, wie die bei der späteren Verwendung des Abbildungssystems vorgesehen Beleuchtung. Handelt es sich bei dem Abbildungssystem also um ein Projektionsbelichtungssystem für die Mikrolithografie, weist der Beleuchtungsstrahl vorzugsweise eine Wellenlänge vergleichbar zu derjenigen auf, die für die Belichtung im Zuge der Mikrolithografie vorgesehen ist. Bei einem für die EUV-Mikrolithografie vorgesehenen Abbildungssystem liegt die Wellenlänge für den Beleuchtungsstrahl also bspw. im Bereich von 5 nm bis 30 nm auf.The actual determination of interferometric images takes place in a manner comparable to the known prior art: starting from an illumination source arranged in an object-side pupil plane of the imaging system, defined—i.e. H. illuminating rays are emitted into the imaging system - known in position on and orientation relative to the pupillary plane. As a rule, it is advantageous if the illumination beam has the same or a comparable wavelength as the illumination provided when the imaging system is later used. If the imaging system is therefore a projection exposure system for microlithography, the illumination beam preferably has a wavelength comparable to that which is provided for exposure in the course of microlithography. In the case of an imaging system provided for EUV microlithography, the wavelength for the illumination beam is therefore in the range from 5 nm to 30 nm, for example.
Die Beleuchtungsquelle kann unmittelbar in der Pupillenebene angeordnet sein; es ist aber auch möglich, dass die eigentlich das Licht erzeugende Element außerhalb der genannten Pupillenebene angeordnet ist, wobei optische Elemente das abseits der Pupillenebene erzeugte Licht so in die Pupillenebene umlenken, dass für die weitere Betrachtung angenommen werden kann, die von der Pupillenebene ausgehenden Beleuchtungsstrahlen wären durch eine auf der Pupillenebene angeordnete Beleuchtungsquelle erzeugt. In diesem Fall kann auch von einer „virtuellen Beleuchtungsquelle“ auf der Pupillenebene gesprochen werden.The illumination source can be arranged directly in the pupil plane; however, it is also possible for the element actually generating the light to be arranged outside of said pupil plane, with optical elements deflecting the light generated away from the pupil plane into the pupil plane in such a way that it can be assumed for further viewing that the illumination beams emanating from the pupil plane would be generated by an illumination source placed on the pupil plane. In this case one can also speak of a "virtual illumination source" on the pupil level.
Bevor der Beleuchtungsstrahl in das Abbildungssystem eintritt, hat es ein in der geeigneten objektseitigen Feldebene des Abbildungssystems angeordnetes erstes Beugungsgitter zu durchqueren. Das erste Beugungsgitter kann dabei entsprechend dem Stand der Technik ausgebildet sein und insbesondere ein dort bewährtes Muster aufweisen. In dem ersten Beugungsgitter wird der auftreffende Beleuchtungsstrahl in die diversen Beugungen nullter, erster, zweiter und höherer Ordnungen „aufgefächert“, wobei die einzelnen Beugungen entsprechend ihrer Ordnung ausgehend vom ersten Beugungsgitter als separate Strahlen angesehen werden können, die zumindest zum weit überwiegenden Teil in das Abbildungssystem eintreten und von diesem abgebildet werden.Before the illuminating beam enters the imaging system, it has to traverse a first diffraction grating arranged in the appropriate object-side field plane of the imaging system. The first diffraction grating can be designed according to the state of the art and in particular can have a pattern that has been tried and tested there. In the first diffraction grating, the incident illumination beam is "fanned out" into the various diffractions of the zeroth, first, second and higher orders, whereby the individual diffractions can be viewed as separate beams according to their order, starting from the first diffraction grating, which at least for the most part into the Enter imaging system and be mapped by this.
Handelt es sich bei dem Abbildungssystem um ein Projektionssystem für die Mikrolithografie, kann das erste Beugungsgitter bspw. in der Ebene angeordnet sein, in der sich für gewöhnlich die zu projizierende Maske (auch Retikel genannt) angeordnet ist. Das erste Beugungsgitter kann in der Folge auch als Retikel-Beugungsgitter bezeichnet werden.If the imaging system is a projection system for microlithography, the first diffraction grating can be arranged, for example, in the plane in which the mask (also called reticle) to be projected is usually arranged. The first diffraction grating can also be referred to below as a reticle diffraction grating.
In einer bildseitigen Feldebene des Abbildungssystems ist ein zweites Beugungsgitter angeordnet, welches ebenfalls wie aus dem Stand der Technik bekannt ausgebildet ist. Mithilfe dieses zweiten Beugungsgitters werden die durch das Abbildungssystem übertragenen Strahlengänge der einzelnen Beugungen erneut gebeugt.A second diffraction grating is arranged in an image-side field plane of the imaging system, which is also designed as known from the prior art. With the help of this second diffraction grating, the beam paths of the individual diffractions transmitted through the imaging system are diffracted again.
Wenigstens eines der beiden Beugungsgitter ist dabei in der Feldebene, in der es angeordnet ist, verschiebbar, um - je nach Position - andere Beugungsmuster zu erzeugen.At least one of the two diffraction gratings can be displaced in the field plane in which it is arranged, in order to generate other diffraction patterns, depending on the position.
Handelt es sich bei dem Abbildungssystem um ein Projektionssystem für die Mikrolithografie, kann das zweite Beugungsgitter bspw. in der Ebene angeordnet sein, in der sich für gewöhnlich der Halbleiter-Wafer angeordnet ist, auf den das Abbild der Maske bzw. des Retikels projiziert werden soll. Das zweite Beugungsgitter wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch Sensor-Beugungsgitter genannt.If the imaging system is a projection system for microlithography, the second diffraction grating can be arranged, for example, in the plane in which the semiconductor wafer is usually arranged, onto which the image of the mask or reticle is to be projected . Within the scope of the present invention, the second diffraction grating is also referred to as a sensor diffraction grating.
Für das zwischen den beiden genannten Feldebenen gelegene Abbildungssystem lässt sich, unabhängig von dessen Ausgestaltung und bspw. der tatsächlichen Anzahl an Zwischenpupillen- bzw. -feldebenen, in einer modellhaften Betrachtung eine einzelne Pupillenebene annehmen, in den sich bspw. auch die numerische Apertur des Abbildungssystems definieren lässt.For the imaging system located between the two field planes mentioned, a single pupil plane can be assumed in a model consideration, regardless of its design and e.g. the actual number of intermediate pupil or field planes, in which, for example, the numerical aperture of the imaging system is also located can be defined.
Die vom zweiten Beugungsgitter gebeugten Strahlen treffen auf einen in einer nachfolgenden bildseitigen Pupillenebene des Abbildungssystems angeordneten Interferogramm-Sensor auf und werden dort erfasst. Aufgrund der Auffächerung des Beleuchtungsstrahls durch das erste Beugungsgitter und in Abhängigkeit der Position des zweiten Beugungsmusters ergeben sich auf dem Interferogramm-Sensor verschiedene Abbilder des Beleuchtungsstrahls, nämlich Interferenz- bzw. Wellenfrontabbilder, die durch geeignete Analyse Rückschlüsse auf möglicherweise nicht optimal durch das Abbildungssystem übertragene bzw. abgebildete Beugungen zulassen.The rays diffracted by the second diffraction grating impinge on an interferogram sensor arranged in a subsequent image-side pupil plane of the imaging system and are recorded there. Due to the fanning out of the illumination beam by the first diffraction grating and depending on the position of the second diffraction pattern, different images of the illumination beam result on the interferogram sensor, namely interference or wavefront images, which, through suitable analysis, allow conclusions to be drawn about signals that may not have been optimally transmitted or transmitted by the imaging system .allow diffractions shown.
Dabei ist bekannt, die Abbildungsfehler des optischen Systems durch Abgleich der erfassten Interferenz- bzw. Wellenfrontabbilder mit einer Designmatrix des Abbildungssystems zu ermitteln. Bei geeigneter Ausgestaltung der Designmatrix lassen sich bspw. durch entsprechende Fitting-Verfahren für die erfassten Wellenfrontabbilder Parameter eines Zernike-Polynoms ermitteln, wobei jegliche Abweichung von idealen Werten (wie bspw. Null) einen Hinweis auf einen Abbildungsfehler liefert. Die so ermittelten Parameter können zusammen mit der Designmatrix und der Kenntnis über den tatsächlichen Aufbau des Abbildungssystems genutzt werden, um Nachbearbeitungsmaßnahmen für das Abbildungssystem bzw. einzelne Elemente daraus zu identifizieren, mit denen die Abbildungsfehler reduziert werden können. Methoden, um ausgehend von einer Designmatrix erforderliche oder vorteilhafte Nachbearbeitungsmaßnahmen für ein Abbildungssystem, bspw. das Projektionssystem einer Mikrolithografie-Anlage, zu ermitteln, sind im Stand der Technik bekannt.In this context, it is known to determine the imaging errors of the optical system by comparing the recorded interference images or wavefront images with a design matrix of the imaging system. With a suitable configuration of the design matrix, parameters of a Zernike polynomial can be determined, for example by appropriate fitting methods for the detected wavefront images, with any deviation from ideal values (such as zero) providing an indication of an imaging error. The parameters determined in this way can be used together with the design matrix and knowledge of the actual structure of the imaging system in order to identify post-processing measures for the imaging system or individual elements thereof with which the imaging errors can be reduced. Methods for determining necessary or advantageous post-processing measures for an imaging system, for example the projection system of a microlithography system, starting from a design matrix, are known in the prior art.
Wurde es bislang als ausreichend angesehen, von einem Beleuchtungsstrahl lediglich die Beugungen nullter und erster Ordnungen bei der Ermittlung von Abbildungsfehlern zu berücksichtigen und zur Verbesserung bei der Genauigkeit der Ermittlung der Abbildungsfehler verschiedene Ansätze verfolgt wurden, die Abbildung von Beugungen höherer Ordnung durch das Abbildungssystem zu vermeiden, geht die vorliegende Erfindung den entgegengesetzten Weg: Indem Beugungen höherer Ordnung nicht nur zugelassen, sondern auch bei der Ermittlung der Designmatrix und somit der Abbildungsqualität berücksichtigt werden, erhöht sich die Realitätstreue der Designmatrix. Die erhöhte Realitätstreue der Designmatrix ermöglicht wiederum eine genauere Identifikation von Abbildungsfehlern. In der Folge ist eine präzisere Nachbearbeitung des Abbildungssystems möglich, an dessen Ende eine erhöhte Abbildungsqualität des Abbildungssystems steht, die mit den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zumindest nicht zuverlässig erreicht werden können. Indem auf Maßnahmen zur Unterdrückung von Beugungen höherer Ordnungen bei der eigentlichen Messung vollständig verzichtet werden kann, lässt sich häufig eine Beschleunigung des Messvorgangs erreichen. Auch erhöht sich die Flexibilität bei der Auswahl des Gitterdesigns.It was previously considered sufficient to only take into account the zeroth and first-order diffractions of an illumination beam when determining aberrations, and to improve the accuracy of determining the aberrations, various approaches were pursued to avoid the imaging of higher-order diffractions by the imaging system , the present invention goes the opposite way: by not only allowing higher-order diffractions, but also taking them into account when determining the design matrix and thus the imaging quality, the design matrix becomes more realistic. The increased realism of the design matrix in turn enables a more precise identification of aberrations. As a result, a more precise post-processing of the imaging system is possible, at the end of which there is an increased imaging quality of the imaging system, which cannot be reliably achieved with the methods known from the prior art. Because measures to suppress higher-order diffractions in the actual measurement can be completely dispensed with, the measurement process can often be accelerated. Flexibility in selecting the grid design is also increased.
Zur Ermittlung der Designmatrix wird auf eine auf den Brechungswinkel skalierte Darstellung der Strahlengänge an den Pupillenebenen in kartesischen Koordinaten zurückgegriffen, d. h., ein ganzzahliger Koordinatenschritt im kartesischen System einer Pupillenebene entspricht einem Schritt um den Beugungswinkel zwischen zwei benachbarten Beugungen und der Nullpunkt im kartesischen Koordinatensystem fällt mit einem Beugungsstrahl zusammen. Dabei werden die Koordinaten für die objektseitige Pupillenebene, in der die Beleuchtungsquelle angeordnet ist, sowie die das Abbildungssystem beschreibende Objektivpupillenebene auf den Brechungswinkel des ersten Beugungsgitters skaliert, während die Koordinaten für die bildseitige Pupillenebene, in welcher der Interferogramm-Sensor angeordnet ist, die Skalierung der Koordinaten anhand des Brechungswinkels des zweiten Beugungsgitters erfolgt. Der Brechungswinkel des zweiten Beugungsgitters ist dabei in der Regel ein dem Vergrößerungsfaktor des Abbildungssystems entsprechendes Vielfaches des Brechungswinkels des ersten Beugungsgitters.To determine the design matrix, a representation of the beam paths at the pupil planes scaled to the refraction angle in Cartesian coordinates is used, i. That is, an integer coordinate step in the Cartesian system of a pupil plane corresponds to a step by the diffraction angle between two adjacent diffractions, and the zero point in the Cartesian coordinate system coincides with a diffracted ray. The coordinates for the object-side pupil plane, in which the illumination source is arranged, and the objective pupil plane describing the imaging system are scaled to the refraction angle of the first diffraction grating, while the coordinates for the image-side pupil plane, in which the interferogram sensor is arranged, the scaling of the Coordinates based on the angle of refraction of the second diffraction grating. The angle of refraction of the second diffraction grating is usually a multiple of the angle of refraction of the first diffraction grating, corresponding to the magnification factor of the imaging system.
Für die nachfolgenden Betrachtungen sind die skalierten Koordinaten wie folge definiert:
- Objektseitige Pupillenebene:
- Objektivpupillenebene:
- Bildseitige Pupillenebene:
- Object-side pupil plane:
- Lens Pupil Level:
- Image-side pupil plane:
Die Designmatrix, welche zunächst aus den durch den Interferogramm-Sensor aufgenommenen Abbildern die Wellenfronten in der Objektivpupillenebene widerspiegelt, die dann wiederum dazu genutzt werden können, Abbildungsfehler des Abbildungssystems bzw. einzelner Komponenten darauf zu identifizieren und geeignete Nachbearbeitungsmaßnahmen zur Reduzierung der Abbildungsfehler vorzusehen.The design matrix, which initially reflects the wavefronts in the objective pupil plane from the images recorded by the interferogram sensor, which in turn can then be used to identify aberrations in the imaging system or individual components on it and to provide suitable post-processing measures to reduce the aberrations.
Allgemein lässt sich die Designmatrix formulieren als
Dabei gilt zum einen
Zum anderen gilt
Durch die in den vorstehenden Formeln verwendeten Indizes „x“ und „y“ wird dabei verdeutlicht, dass der hier vorgestellte Algorithmus grundsätzlich verschiedene Beugungseigenschaften in x- und y-Richtung berücksichtigen kann, die bspw. in zwei aufeinanderfolgenden Messsequenzen getrennt voneinander betrachtet werden können. Dabei kann das verschiebbare Beugungsgitter in der ersten Messsequenz zunächst in x-Richtung und in einer darauffolgenden Messsequenz in y-Richtung verschoben werden.The indices "x" and "y" used in the above formulas make it clear that the algorithm presented here can fundamentally take into account different diffraction properties in the x and y direction, which can be considered separately, for example, in two consecutive measurement sequences. In this case, the displaceable diffraction grating can first be displaced in the x-direction in the first measurement sequence and in the y-direction in a subsequent measurement sequence.
Für sämtliche vorstehenden Formeln gilt dabei allgemein
Bei den komplex konjugierbaren Funktionen gret(nx,ny) und gsen(nx,ny) handelt es sich um die komplexen Beugungsspektren des ersten bzw. Retikel-Beugungsgitters und des zweiten bzw. Sensor-Beugungsgitters für die jeweiligen Beugungsordnungen in x- und y-Richtung, wobei die beiden Funktionen wiederum für die x- und y-Richtung gesondert aufgestellt sein können (vgl. Indizes bei der Verwendung in den oben stehenden Formeln).The complex conjugable functions g ret (nx,ny) and g sen (nx,ny) are the complex diffraction spectra of the first or reticle diffraction grating and the second or sensor diffraction grating for the respective diffraction orders in the x and y-direction, whereby the two functions can in turn be set up separately for the x- and y-direction (cf. indices when used in the above formulas).
Mit NA ist die numerische Apertur des Abbildungssystems bezeichnet. NAillu bezeichnet die Apertur der Beleuchtung.NA denotes the numerical aperture of the imaging system. NA illu denotes the aperture of the illumination.
Weiterhin gilt allgemein
Durch die letztgenannte Formel wird weiterhin die Beschränkung in den Algorithmus eingeführt, dass lediglich Beugungen, die aus einer gemeinsamen Beleuchtungsrichtung resultieren, am Interferogramm-Sensor tatsächlich miteinander interferieren können. Gleichzeitig wird durch die Summation über die Variablen ox und oy sichergestellt, dass auch solche Beiträge der auf den Interferogramm-Sensor auftreffenden Strahlung berücksichtigt werden kann, deren ausgehender Winkel vom zweiten Beugungsgitter nicht dem Einfallswinkel des originären Beleuchtungsstrahls am ersten Beugungsgitter entspricht.The latter formula also introduces the restriction into the algorithm that only diffractions that result from a common illumination direction can actually interfere with one another at the interferogram sensor. At the same time, the summation of the variables o x and o y ensures that those contributions from the radiation impinging on the interferogram sensor can also be taken into account, the angle of which emanates from the second diffraction grating does not correspond to the angle of incidence of the original illumination beam at the first diffraction grating.
Dabei stellen nx und ny die Beugungsordnung an dem - je nach Index - ersten bzw. Retikel-Beugungsgitter oder zweiten bzw. Sensor-Beugungsgitter in x- bzw. y-Richtung dar.Here, nx and ny represent the diffraction order at the - depending on the index - the first or reticle diffraction grating or the second or sensor diffraction grating in the x or y direction.
Aus den vorstehenden Überlegungen hat sich gezeigt, dass sich die Bestandteile
Die vorstehende allgemeine Formel für Sjk lässt sich bspw. durch die folgenden Ersetzungen zu
Analog ist dies auch für
Mithilfe der so ermittelbaren Designmatrix lässt sich ausgehend von gemessenen Interferogramm-Abbildungen mit geeigneten x- und y-Phasenschritten für jeden Messpunkt des Interferogramm-Sensors und - beispielsweise - der Methode der (ggf. gewichteten) kleinsten Quadrate ein Vektor der Zernike-Parameter ermitteln:
Werden, bspw. mithilfe der vorstehenden Formeln, bei der Berechnung der Designmatrix Beugungen bis zu sechsten Ordnung, was ein bevorzugtes Minimum darstellt, berücksichtigt, kann durch Vergleichsrechnungen mit bekannten, nur die nullte und erste Beugungsordnungen berücksichtigenden Algorithmen eine erhebliche Verbesserung in der Realitätsnähe der Designmatrix erreicht werden, in der Regel um wenigstens den Faktor 2. Diese ermöglicht wiederum, wie bereits erläutert, eine genauere Ermittlung von Abbildungsfehlern und ermöglicht eine präzisere Nachbearbeitung des Abbildungssystems, um im Ergebnis eine sehr hohe Abbildungsqualität zu erreichen.If, e.g. with the help of the above formulas, when calculating the design matrix, diffractions of up to the sixth order, which represents a preferred minimum, are taken into account, comparison calculations with known algorithms that only take into account the zeroth and first diffraction orders can significantly improve the realism of the design matrix be achieved, as a rule by a factor of at least 2. As already explained, this in turn enables a more precise determination of imaging errors and enables a more precise post-processing of the imaging system in order to achieve a very high imaging quality as a result.
Wie ebenfalls bereits angesprochen, lässt sich der erfindungsgemäße Algorithmus auch auf die Beugungen nullter und erster Ordnung beschränken, sodass dann zum Stand der Technik vergleichbare Ergebnisse erreicht werden. Zur Reduktion auf einen nur die nullte und ersten Beugungsordnungen berücksichtigenden Algorithmus sind für die x-Phasenverschiebung die Parameter
Die oben wiedergegebene vereinfachte Darstellung der Bestandteile
Alternativ zur Ermittlung der Designmatrix, aus der dann die Phase in der Objektivpupillenebene berechnet werden kann, ist es alternativ auch möglich, im Wesentlichen analog zu den vorstehenden Überlegungen unmittelbar die ortsabhängige Phase Φ(xj,yj) und ohne explizite Berechnung von Zernike-Koeffizienten zu bestimmen, nämlich indem auf die Ableitung der Modellfunktion an dem gewünschten Punkt zurückgegriffen wird:
Insbesondere in diesem Fall lässt sich die Phase in der Objektivpupillenebene auch durch andere Polynome als die Zernike-Polynome, bspw. die Tatian-Polynome, abbilden.In this case in particular, the phase in the objective pupil plane can also be represented by polynomials other than the Zernike polynomials, for example the Tatian polynomials.
Bei dem Interferogramm-Sensor kann es sich bspw. um einen zweidimensionalen CCD-Array-Sensor oder einen Active Pixel Sensor handeln.The interferogram sensor can be, for example, a two-dimensional CCD array sensor or an active pixel sensor.
Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen weiter veranschaulicht. Es zeigen:
-
1 : eine schematische Darstellung einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithografie mit einem Projektionssystem als Abbildungssystem; -
2 : modellhafte Darstellung des Abbildungssystems aus1 zur Ermittlung von Bildfehlern, wie sie der Erfindung zugrunde liegt; und -
3 : schematische Darstellung der Verbesserung in der Genauigkeit einer erfindungsgemäß ermittelten Designmatrix gegenüber dem Stand der Technik.
-
1 : a schematic representation of a projection exposure system for microlithography with a projection system as an imaging system; -
2 : model representation of the imaging system1 for determining image errors, as is the basis of the invention; and -
3 : schematic representation of the improvement in the accuracy of a design matrix determined according to the invention compared to the prior art.
In
Mithilfe des Beleuchtungssystems 10 wird ein Objektfeld 11 in einer Objektebene bzw. Retikelebene 12 beleuchtet. Das Beleuchtungssystem 10 umfasst dazu eine Belichtungsstrahlungsquelle 13, die im dargestellten Ausführungsbeispiel Beleuchtungsstrahlung zumindest umfassend Nutzlicht im EUV-Bereich, also insbesondere mit einer Wellenlänge zwischen 5 nm und 30 nm, abgibt. Bei der Belichtungsstrahlungsquelle 13 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 Belichtungsstrahlungsquelle 13 kann es sich auch um einen Freie-Elektronen-Laser (Free-Electron-Laser, FEL) handeln.An
Die von der Belichtungsstrahlungsquelle 13 ausgehende Beleuchtungsstrahlung wird zunächst in einem Kollektor 14 gebündelt. Bei dem Kollektor 14 kann es sich um einen Kollektor mit einer oder mit mehreren ellipsoidalen und/oder hyperboloiden Reflexionsflächen handeln. Die mindestens eine Reflexionsfläche des Kollektors 14 kann im streifenden Einfall (Grazing Incidence, GI), also mit Einfallswinkeln größer als 45°, oder im normalen Einfall (Normal Incidence, NI), also mit Einfallwinkeln kleiner als 45°, mit der Beleuchtungsstrahlung beaufschlagt werden. Der Kollektor 14 kann einerseits zur Optimierung seiner Reflexivität für die Nutzstrahlung und andererseits zur Unterdrückung von Falschlicht strukturiert und/oder beschichtet sein.The illumination radiation emanating from the
Nach dem Kollektor 14 propagiert die Beleuchtungsstrahlung durch einen Zwischenfokus in einer Zwischenfokusebene 15. Sollte das Beleuchtungssystem 10 in modularer Bauweise aufgebaut werden, kann die Zwischenfokusebene 15 grundsätzlich für die - auch strukturellen - Trennung des Beleuchtungssystems 10 in ein Strahlungsquellenmodul, aufweisend die Belichtungsstrahlungsquelle 13 und den Kollektor 14, und der nachfolgend beschriebenen Beleuchtungsoptik 16 herangezogen werden. Bei einer entsprechenden Trennung bilden Strahlungsquellenmodul und Beleuchtungsoptik 16 dann gemeinsam ein modular aufgebautes Beleuchtungssystem 10.After the
Die Beleuchtungsoptik 16 umfasst einen Umlenkspiegel 17. Bei dem Umlenkspiegel 17 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 15 als Spektralfilter ausgeführt sein, der eine Nutzlichtwellenlänge der Beleuchtungsstrahlung von Falschlicht einer hiervon abweichenden Wellenlänge trennt.The
Mit dem Umlenkspiegel 17 wird die von der Belichtungsstrahlungsquelle 13 stammende Strahlung auf einen ersten Facettenspiegel 18 umgelenkt. Sofern der erste Facettenspiegel 18 dabei - wie vorliegend - in einer Ebene der Beleuchtungsoptik 16 angeordnet ist, die zur Retikelebene 12 als Feldebene optisch konjugiert ist, wird dieser auch als Feldfacettenspiegel bezeichnet.The radiation originating from the
Der erste Facettenspiegel 18 umfasst eine Vielzahl von individuell um jeweils zwei senkrecht zueinander verlaufende Achsen verschwenkbare Mikrospiegel (nicht näher dargestellt) zur steuerbaren Bildung von Facetten. Bei dem ersten Facettenspiegel 18 handelt es sich somit um ein mikroelektromechanisches System (MEMS-System), wie es bspw. auch in der
Im Strahlengang der Beleuchtungsoptik 16 ist dem ersten Facettenspiegel 18 nachgeordnet ein zweiter Facettenspiegel 19, sodass sich ein doppelt facettiertes System ergibt, dessen Grundprinzip auch als Wabenkondensor (Fly's Eye Integrator) bezeichnet wird. Sofern der zweite Facettenspiegel 19 - wie im dargestellten Ausführungsbeispiel - in einer Pupillenebene der Beleuchtungsoptik 16 angeordnet ist, wird dieser auch als Pupillenfacettenspiegel bezeichnet. Der zweite Facettenspiegel 19 kann aber auch beabstandet zu einer Pupillenebene der Beleuchtungsoptik 4 angeordnet sein, womit sich aus der Kombination aus dem ersten und dem zweiten Facettenspiegel 18, 19 ein spekularer Reflektor ergibt, wie er bspw. in der
Auch der zweite Facettenspiegel 19 umfasst eine Vielzahl von individuell um jeweils zwei senkrecht zueinander verlaufende Achsen verschwenkbare Mikrospiegel. Zur weiteren Erläuterung wird auf die
Mithilfe des zweiten Facettenspiegels 19 werden die einzelnen Facetten des ersten Facettenspiegels 18 in das Objektfeld 11 abgebildet, wobei es sich regelmäßig nur um eine näherungsweise Abbildung handelt. Der zweite Facettenspiegel 19 ist der letzte bündelformende oder auch tatsächlich der letzte Spiegel für die Beleuchtungsstrahlung im Strahlengang vor dem Objektfeld 11.With the help of the
Jeweils eine der Facetten des zweiten Facettenspiegels 19 ist genau einer der Facetten des ersten Facettenspiegels 18 zur Ausbildung eines Beleuchtungskanals zur Ausleuchtung des Objektfeldes 11 zugeordnet. Es kann sich hierdurch insbesondere eine Beleuchtung nach dem köhlerschen Prinzip ergeben.In each case one of the facets of the
Die Facetten des ersten Facettenspiegels 18 werden jeweils von einer zugeordneten Facette des zweiten Facettenspiegels 19 einander überlagernd zur Ausleuchtung des Objektfeldes 5 abgebildet. Die Ausleuchtung des Objektfeldes 11 ist dabei möglichst homogen. Sie weist vorzugsweise einen Uniformitätsfehler von weniger als 2 % auf. Die Felduniformität kann über die Überlagerung unterschiedlicher Beleuchtungskanäle erreicht werden.The facets of the
Durch Auswahl der letztendlich verwendeten Beleuchtungskanäle, was durch geeignete Einstellung der Mikrospiegel des ersten Facettenspiegels 18 problemlos möglich ist, kann weiterhin die Intensitätsverteilung in der Eintrittspupille des nachfolgend beschriebenen Projektionssystems 20 eingestellt werden. Diese Intensitätsverteilung wird auch als Beleuchtungssetting bezeichnet. Dabei kann im Übrigen vorteilhaft sein, wenn der zweite Facettenspiegel 19 nicht exakt in einer Ebene, welche zu einer Pupillenebene des Projektionssystems 20 optisch konjugiert ist, anzuordnen. Insbesondere kann der Pupillenfacettenspiegel 19 gegenüber einer Pupillenebene des Projektionssystems 20 verkippt angeordnet sein, wie es zum Beispiel in der
Bei der in der
Bei einer alternativen, nicht dargestellten Ausführungsform der Beleuchtungsoptik 16 kann im Strahlengang zwischen dem zweiten Facettenspiegel 19 und dem Objektfeld 11 noch eine Übertragungsoptik umfassend einen oder mehrere Spiegel vorgesehen sein. 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. Mit einer zusätzlichen Übertragungsoptik kann insbesondere unterschiedlichen Lagen der Eintrittspupille für den tangentialen und für den sagittalen Strahlengang des nachfolgend beschriebenen Projektionssystems 20 berücksichtigt werden.In an alternative embodiment of the illumination optics 16 (not shown), transmission optics comprising one or more mirrors can also be provided in the beam path between the
Es ist alternativ möglich, dass auf den in
Mithilfe des Projektionssystems 20 wird das Objektfeld 11 in der Retikelebene 12 auf das Bildfeld 21 in der Bildebene 22 übertragen.The
Das Projektionssystem 20 umfasst dafür eine Mehrzahl von Spiegeln 25, Mi, welche gemäß ihrer Anordnung im Strahlengang der Projektionsbelichtungsanlage 1 durchnummeriert sind.For this purpose, the
Bei dem in der
Die Reflexionsflächen der Spiegel 25, Mi können als Freiformflächen ohne Rotationssymmetrieachse ausgeführt sein. Alternativ können die Reflexionsflächen der Spiegel 25, Mi aber auch als asphärische Flächen mit genau einer Rotationssymmetrieachse der Reflexionsflächenform gestaltet sein. Die Spiegel 25, Mi können, genauso wie die Spiegel der Beleuchtungsoptik 16, hoch reflektierende Beschichtungen für die Beleuchtungsstrahlung aufweisen. Diese Beschichtungen können als Multilayer-Beschichtungen, insbesondere mit alternierenden Lagen aus Molybdän und Silizium, gestaltet sein.The reflection surfaces of the
Das Projektionssystem 20 hat einen großen Objekt-Bild-versatz in der y-Richtung zwischen einer y-Koordinate eines Zentrums des Objektfeldes 11 und einer y-Koordinate des Zentrums des Bildfeldes 21. Dieser Objekt-Bild-Versatz in der y-Richtung kann in etwa so groß sein wie ein z-Abstand zwischen der Objektebene 12 und der Bildebene 22.The
Das Projektionssystem 20 kann insbesondere anamorphotisch ausgebildet sein, d. h. es weist insbesondere unterschiedliche Abbildungsmaßstäbe βx, βy in x- und y-Richtung auf. Die beiden Abbildungsmaßstäbe βx, βy des Projektionssystems 20 liegen bevorzugt bei (βx, βy) = (+/- 0,25, /+- 0,125). Ein Abbildungsmaßstab β von 0,25 entspricht dabei einer Verkleinerung im Verhältnis 4:1, während ein Abbildungsmaßstab β von 0,125 in eine Verkleinerung im Verhältnis 8:1 resultiert. Ein positives Vorzeichen beim Abbildungsmaßstab β bedeutet eine Abbildung ohne Bildumkehr, ein negatives Vorzeichen eine Abbildung mit Bildumkehr.The
Andere Abbildungsmaßstäbe sind ebenso möglich. Auch vorzeichengleiche und absolut gleiche Abbildungsmaßstäbe βx, βy in x- und y-Richtung sind möglich.Other imaging scales are also possible. Image scales β x , β y with the same sign and absolutely the same in the x and y directions are also possible.
Die Anzahl von Zwischenbildebenen in der x- und in der y-Richtung im Strahlengang zwischen dem Objektfeld 11 und dem Bildfeld 21 kann, je nach Ausführung des Projektionssystems 20, gleich oder unterschiedlich sein. Beispiele für Projektionssysteme 20 mit unterschiedlichen Anzahlen derartiger Zwischenbilder in x- und y-Richtung sind bekannt aus der
Das Projektionssystem 20 kann insbesondere eine homozentrische Eintrittspupille aufweisen. Diese kann zugänglich sein. Sie kann aber auch unzugänglich sein.In particular, the
Durch das Beleuchtungssystem 10 belichtet und durch das Projektionssystem 20 auf die Bildebene 21 übertragen wird ein im Objektfeld 11 angeordnetes Retikel 30 (auch Maske genannt). Das Retikel 30 ist von einem Retikelhalter 31 gehalten. Der Retikelhalter 31 ist über einen Retikelverlagerungsantrieb 32 insbesondere in einer Scanrichtung verlagerbar. Im dargestellten Ausführungsbeispiel verläuft die Scanrichtung in x-Richtung.A reticle 30 (also called a mask) arranged in the
Abgebildet wird eine Struktur auf dem Retikel 30 auf eine lichtempfindliche Schicht eines im Bereich des Bildfeldes 21 in der Bildebene 22 angeordneten Wafers 35. Der Wafer 35 wird von einem Waferhalter 36 gehalten. Der Waferhalter 36 ist über einen Waferverlagerungsantrieb 37 insbesondere längs der x-Richtung verlagerbar. Die Verlagerung einerseits des Retikels 30 über den Retikelverlagerungsantrieb 32 und andererseits des Wafers 35 über den Waferverlagerungsantrieb 37 kann synchronisiert zueinander erfolgen.A structure on the
Die in
Um eine hohe Qualität der mithilfe der Projektionsbelichtungsanlage 1 herzustellenden Halbleiter zu gewährleisten, ist es erforderlich, dass das Projektionssystem 20, welches ein extrem hochauflösendes Abbildungssystem 20 darstellt, keine oder nur geringe Bildfehler aufweist. Dazu ist im Stand der Technik bekannt, die Abbildungsqualität des Abbildungssystems 20 durch eine Wellenfronmessung zu ermitteln, und bei Bedarf Nachbearbeitungen am Abbildungssystem 20 bzw. dessen diversen optischen Elementen, nämlich den Spiegeln M1 bis M6, vorzunehmen, bis die gewünschte Abbildungsqualität erreicht ist. Dazu ist aus dem Stand der Technik bekannt, aus mithilfe von Beugungsgittern erzeugte Interferogramm-Abbildungen die Wellenfront bzw. eine Designmatrix des Abbildungssystems 20 zu ermitteln, auf Basis derer dann für die Erhöhung der Abbildungsqualität geeignete Nachbearbeitungsmaßnahmen ermittelt und durchgeführt werden können. Im Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem lediglich Beugungen nullter und erster Ordnung berücksichtigt werden können, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass auch Beugung zweiter Ordnung und/oder noch weiterer höherer Ordnungen berücksichtigt werden.In order to ensure a high quality of the semiconductors to be produced with the aid of the projection exposure system 1, it is necessary for the
Dazu wird, wie in
Die Ermittlung interferometrischer Abbildungen erfolgt dabei ausgehend von in einer objektseitigen Pupillenebene 100 des Abbildungssystems 20 angeordneten Beleuchtungsquelle, mit der definierte - d. h., in Position auf und Ausrichtung gegenüber der Pupillenebene 100 bekannte - Beleuchtungsstrahlen 101 in das Abbildungssystem 20 ausgesandt wird. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in
Bevor der Beleuchtungsstrahl 101 tatsächlich in das Abbildungssystem 20 eintritt, hat es ein in der geeigneten objektseitigen Feldebene 102 des Abbildungssystems angeordnetes erstes Beugungsgitter 103 zu durchqueren. In dem ersten Beugungsgitter 103 wird der auftreffende Beleuchtungsstrahl 101 in die diversen Beugungen nullter, erster, zweiter und höherer Ordnungen „aufgefächert“, wobei die einzelnen Beugungen entsprechend ihrer Ordnung ausgehend vom ersten Beugungsgitter 103 als separate Strahlen 104 angesehen werden können, die zumindest zum weit überwiegenden Teil in das Abbildungssystem 20 eintreten und von diesem abgebildet werden. Bei dem ersten Beugungsgitter 103 kann es sich insbesondere um ein reflektierendes Beugungsgitter, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist, handeln, welches bspw. in der Retikelebene 12 der Projektionsbelichtungsanlage 1 angeordnet sein kann. Wesentlich ist, dass das erste Beugungsgitter 103 in einer bildseitigen Feldebene des Abbildungssystems 20 angeordnet ist.Before the
In einer bildseitigen Feldebene 105 des Abbildungssystems 20 ist ein zweites Beugungsgitter 106 angeordnet, mit dem die durch das Abbildungssystem 20 übertragenen Strahlengänge der einzelnen Beugungen 104 erneut gebeugt werden. Das zweite Beugungsgitter 106 ist dabei in der Feldebene 105 verschiebbar. Im Ausführungsbeispiel gemäß
Für das zwischen den beiden genannten Feldebenen 12, 102, 22, 105 gelegene Abbildungssystem 20 wird im mathematischen Modell gemäß
Die vom zweiten Beugungsgitter 106 gebeugten Strahlen treffen auf einen in einer nachfolgenden bildseitigen Pupillenebene 109 des Abbildungssystems 20 angeordneten Interferogramm-Sensor 110 auf und werden dort erfasst. Bei dem Interferogramm-Sensor 110 handelt es sich um einen zweidimensionalen CCD-Array-Sensor.The rays diffracted by the
Mit einer gemäß der schematischen Darstellung aus
Für das Abbildungssystem 20 kann - wie im allgemeinen Teil der Beschreibung detailliert ausgeführt - algorithmisch eine Designmatrix ermittelt werden. Um diesbezügliche ausführliche Wiederholungen zu vermeiden, wird zur Erläuterung der Erstellung der Designmatrix auf den genannten Teil der Beschreibung verwiesen.As explained in detail in the general part of the description, a design matrix can be determined algorithmically for the
Die Designmatrix kann dann genutzt werden, um zusammen mit den durch den Interferogramm-Sensor erfassten Abbildungen Bildfehler des Abbildungssystems zu ermitteln. Anschließen können gezielt einzelne optische Elemente des Abbildungssystems 20 nachbearbeitet werden, um die Abbildungsqualität weiter zu steigern.The design matrix can then be used to determine image errors of the imaging system together with the images captured by the interferogram sensor. Can connect targeted one Individual optical elements of the
In
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