EP4591120A1 - Verfahren zum betreiben einer projektionsbelichtungsanlage - Google Patents

Verfahren zum betreiben einer projektionsbelichtungsanlage

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EP4591120A1
EP4591120A1 EP23773281.3A EP23773281A EP4591120A1 EP 4591120 A1 EP4591120 A1 EP 4591120A1 EP 23773281 A EP23773281 A EP 23773281A EP 4591120 A1 EP4591120 A1 EP 4591120A1
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EP
European Patent Office
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lighting
illumination
mask
pupil
area
Prior art date
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Pending
Application number
EP23773281.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Joerg Zimmermann
Toralf Gruner
Johannes Ruoff
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Carl Zeiss SMT GmbH
Original Assignee
Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Carl Zeiss SMT GmbH filed Critical Carl Zeiss SMT GmbH
Publication of EP4591120A1 publication Critical patent/EP4591120A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • G03F7/70883—Environment aspects, e.g. pressure of beam-path gas, temperature of optical system
    • G03F7/70891—Temperature

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a projection exposure system for microlithography.
  • a pattern arranged on a mask or a reticle is positioned in a projection exposure system between an illumination system and a projection lens in the area of a mask or object plane of the projection lens and illuminated with an illumination radiation formed by the illumination system.
  • the radiation changed by the pattern passes through the projection lens, whereby the pattern is imaged onto a radiation-sensitive layer of a semiconductor substrate.
  • the exposure is increasingly optimized specifically for specific chip layer structures, which leads to fragmented and sometimes highly localized illumination distributions in the pupil plane of the illumination system compared to the classic forms such as annular, dipole, quasar.
  • the aim is to achieve the highest possible contrast of the structures imaged, especially the structures that are critical for the function of the semiconductor component. These can, for example, have particularly small dimensions or particularly small distances from neighboring structures.
  • the aim is a high yield regardless of inaccuracies in the exposure dose and focus position, as can be observed in the real manufacturing process.
  • a plot of a so-called lithographic process window is often used.
  • a lithographic parameter for example a predetermined structure size inaccuracy, such as 10% line width, for a certain focus error
  • the dose error is determined which leads to this deviation of the lithographic parameter.
  • Different lighting distributions usually lead to varying process windows.
  • a high level of insensitivity to focus errors is often bought at the price of greater sensitivity to dose errors and vice versa.
  • the focus can be placed differently on one of the two influencing factors.
  • the aforementioned object can be achieved, for example, with a method for operating a projection exposure system for microlithography, in which a mask is repeatedly exposed with an exposure radiation provided by an illumination system and mask structures are imaged on one of a large number of fields of several semiconductor substrates.
  • the illumination system is used successively in at least two different illumination settings of the illumination system, in which such different illumination distributions of the exposure radiation are present in a pupil plane of the illumination system that a pupil area illuminated in the first illumination setting has a
  • the pupil area illuminated in the second lighting setting has no overlap or an overlap of a maximum of 90% of the respectively illuminated pupil area.
  • the mask is completely exposed at least once in each of the two different lighting settings.
  • the projection exposure system is designed as a scanner, at least one complete mask scan is carried out in each of the lighting settings.
  • the mask is fully exposed in each of the two different lighting settings several times, for example at least ten times, at least 100 times or at least 1000 times, without changing the lighting setting in the meantime.
  • the different lighting settings are each maintained at least over a period of time that is required for the mask to be exposed twice. According to a further embodiment, the different lighting settings are each maintained over at least a period of time which is required for at least tenfold exposure of the mask. According to a further embodiment, the different lighting settings are each maintained over at least a period of time, which leads to the complete Exposure of a semiconductor substrate, in particular for exposing several semiconductor substrates, for example the exposure of at least ten semiconductor substrates, is required.
  • the different lighting settings are each maintained over at least a period of time which is required for exposing at least one lot of semiconductor substrates, in particular for exposing several lots of semiconductor substrates, for example for exposing at least ten lots of semiconductor substrates.
  • a lot can, for example, comprise at least twenty semiconductor wafers, in particular at least twenty-five semiconductor wafers.
  • the overlap can be a maximum of 80%, a maximum of 50%, a maximum of 20% or a maximum of 10%. This means that a pupil section illuminated in the pupil plane or a totality of several pupil sections illuminated in the pupil plane, ie the areas illuminated in the pupil plane, do not overlap at all or have an overlap of a maximum of 90% or one of the other maximum values mentioned.
  • the pupil area illuminated in the first lighting setting has an overlap of a maximum of 90% or one of the other mentioned values of the respectively illuminated pupil area with the pupil area illuminated in the second lighting setting, whereby the overlap can also be 0%.
  • the overlap does not mean that the relevant surface section or sections are illuminated at the same time. Rather, the overlap is one or more surface sections that are illuminated at different times with the relevant lighting setting.
  • a pupil area illuminated in a first lighting setting differs from one in the second Illuminated pupil area, also referred to as second area, in the illumination setting, in such a way that the two areas each correspond to one another in a sub-area of a maximum of 90% of the total area in question or not at all, that is, the illuminated areas differ from each other by more than 10%.
  • this also applies to the partial area of the second area, which makes up 90% or less of the total area of the second area.
  • those subareas of the areas illuminated in the different lighting settings which correspond to each other in all lighting settings, each make up a maximum of 90% of the total area of the area in question.
  • a pupil plane of the illumination system is characterized in that the local intensity distribution of the illumination radiation, which converges on a specific field point on the mask, corresponds in the pupil plane to the angle-resolved intensity distribution at this field point.
  • the illumination system in succession according to the invention in the above-described at least two different illumination settings of the illumination system, it is possible to prevent excessive wavefront aberrations from forming due to local heating of optical elements of the projection exposure system, in particular optical elements of the projection lens.
  • the radiation distribution on the optical elements can be changed before local heating relevant to possible wavefront errors occurs.
  • the repeated exposure of the mask at a time interval of less than 200 minutes, in particular less switched between the two different lighting settings for less than 60 minutes or less than 20 minutes.
  • the pupil surfaces illuminated in the different lighting settings each have a plurality of surface sections that are delimited from one another.
  • a change is made in this way from a first of the two different lighting settings with a first configuration of surface sections in the pupil plane to the second lighting setting with a second configuration of surface sections in the pupil plane, by gradually illuminating a surface section or a subgroup of the surface sections first configuration is switched to illumination of another surface section or another subgroup of the surface sections of the second configuration.
  • a change is made in this way from a first of the two different lighting settings to the second lighting setting by gradually adapting the first lighting distribution assigned to the first lighting setting to the second lighting distribution assigned to the second lighting setting.
  • This procedure can also be referred to as morphing.
  • the illumination system has a pupil facet optics arranged in a pupil plane of the illumination system with a plurality of individual optics and a field facet optics arranged in a plane conjugate to the mask plane, the field facet optics having a plurality of further individual optics, which for this purpose are configured to illuminate the individual optics of the pupil facet optics to form a radiation channel of the beam path of the illumination radiation, with the stepwise adjustment of the first illumination distribution to the second illumination Illumination distribution is switched between different radiation channels by successively moving one or more of the individual optics of the field facet optics. This means that the exposure radiation that was previously guided in one radiation channel is then guided in another radiation channel.
  • the illumination distributions in the pupil plane present for the different illumination settings are each assigned to at least one uniform field point in a mask plane of the projection exposure system.
  • the first lighting distribution assigned to the first lighting setting is assigned to the same field point or the same plurality of field points as the second lighting distribution assigned to the second lighting setting.
  • the lighting distribution in question or a lighting distribution deviating by a maximum of 5%, in particular by a maximum of 1% is assigned to a plurality of field points in a mask plane of the projection exposure system.
  • the lighting distribution in the pupil plane mentioned in the respective lighting setting is present for a plurality of field points in the mask plane of the projection exposure system, wherein the lighting distribution is still referred to as the same lighting distribution even if the pupil area deviates by a maximum of 5%.
  • the plurality of field points forms a contiguous area in the mask plane.
  • the pupil area illuminated when one of the illumination distributions is present in the pupil plane is not a coherent area, but rather has several separate area sections.
  • at least one of the pupil areas illuminated in the different lighting settings is a continuous area.
  • an area of a lithographic process window for imaging a predetermined type of mask structures without taking into account thermal wavefront aberrations, which are due to thermal heating effects caused by the exposure radiation in a projection lens of the projection exposure system is at most 20% smaller, in particular at most 10% smaller than the area of an assigned optimized lithographic process window, which is optimized for imaging the specified type of mask structures by varying the lighting setting.
  • Such a lithographic process window is formed, for example, by a diagram in which an area is surrounded by a curve and two coordinate axes on which a dose variation of the exposure radiation and a defocus of the image are plotted, with a lithographic parameter in at points represented by the area a tolerance range around a target value.
  • the lithographic parameter can be, for example, a variation of a critical dimension, such as a line width in the photoresist (also referred to as CD variation) of a mask structure imaged on the semiconductor substrate with the relevant lighting setting.
  • a side angle of an imaged structure in the photoresist or lateral shifts of resist structures can serve as lithographic parameters.
  • the aerial image generated by the projection exposure system in the image plane can be used to calculate the line width.
  • a resist threshold is to be understood as an intensity threshold above which the photoresist is exposed.
  • a focus dose matrix also known as an FEM matrix
  • the lithographic process window optimized for imaging the given type of mask structures is to be understood in particular as the process window resulting from modification of the lighting setting without taking wavefront aberrations into account, the area of which is maximum and the shape of which does not fall below certain minimum requirements.
  • a minimum requirement means, for example, the aspect ratio of the process window, for example measured by the ratio of the axis sections of the process window.
  • the intercepts should not deviate too much from each other, ie the margin in the focus variation should not be increased too much at the expense of the margin in the dose variation and vice versa.
  • the area of the lithographic process window is optimized for imaging a predetermined type of mask structures without taking the thermal wavefront aberrations into account.
  • the area of the lithographic process window for imaging a predetermined type of mask structures without taking the thermal wavefront aberrations into account is at least 5% smaller than the area of the assigned optimized process window.
  • At least one of the illumination settings takes into account thermal heating effects in a projection lens of the projection exposure system that occur within a period in which the mask is exposed with the relevant illumination setting, that is, the period before a Switch between exposure settings.
  • the projection exposure system is designed for an operating wavelength in the EUV wavelength range. Operating a projection exposure system in the EUV wavelength range means doing away with refracting media, which can no longer be used meaningfully at this wavelength, and switching to pure mirror systems that work either with almost vertical incidence or grazing.
  • EUV mirrors are made from material with a particularly low thermal expansion coefficient, e.g. Zerodur or ULE ("ultra low expansion" material). These materials react non-linearly to temperature changes. In the vicinity of a zero-crossing temperature, which often corresponds to the expected average mirror temperature, they show a very small thermally induced volume change. However, if the temperature deviates noticeably from this optimal zero-crossing temperature locally, the volume change and the resulting surface deformation and wavefront disturbance increase disproportionately. Local peaks in illumination intensity that lead to hot spots are therefore particularly critical.
  • Zerodur or ULE ultra low expansion
  • FIG. 1 shows a sectional view of an embodiment of a projection exposure system for microlithography with an illumination system which has a field facet mirror and a pupil facet mirror,
  • Fig. 3 the pupil facet mirror in plan view with two different illumination distributions in a first embodiment
  • FIG. 4 shows the pupil facet mirror in plan view with the two different illumination distributions according to FIG. 3 as well as further intermediate illumination distributions
  • FIG. 5 shows the pupil facet mirror in a top view with two different illumination distributions in a further embodiment, as well
  • a Cartesian xyz coordinate system is indicated in the drawing, from which the respective positional relationship of the components shown in the figures results.
  • Fig. 1 the y-direction runs perpendicular to the plane of the drawing, the x-direction runs to the right and the z-direction runs upwards.
  • FIG. 1 shows a schematic view of an embodiment of a projection exposure system 10 for microlithography, which is configured for producing microstructured components containing, for example, integrated circuits.
  • the projection exposure system 10 serves to transfer mask structures 42 arranged on a mask 40 in the form of a reticle by means of a projection lens 50 to a photosensitive layer in the form of a lithographic lacquer of a semiconductor substrate 52 arranged in an image plane 53 of the projection exposure system 10.
  • Examples of such mask structures 42 include dense lines and spaces denoted by reference numeral 42a and isolated lines denoted by reference numeral 42b.
  • the exposed points on the surface of the mask 40 are referred to as field points 43 in the mask plane 44. So-called wafers made of silicon or another semiconductor material are generally used as the semiconductor substrate 52.
  • the mask structures 42 When the mask structures 42 are transferred to the photosensitive layer, the mask structures 42 arranged in an imaging field on the mask 40 are imaged onto a field 64 of the semiconductor substrate 52.
  • the semiconductor substrate 52 In successive exposures of the mask 40, the semiconductor substrate 52 is shifted in its xy position, so that the mask structures 42 are imaged on different fields 64 of the semiconductor substrate 52.
  • the semiconductor substrate 52 After all fields 64 of the semiconductor substrate 52 arranged on the substrate table 54 have been exposed, the semiconductor substrate 52 is replaced by a new semiconductor substrate 52, whereupon all fields 64 are exposed on this in turn. This is done for a large number of semiconductor substrates 52 as illustrated in the lower right section of FIG. 1.
  • the mask 40 is repeatedly exposed to the exposure radiation, with the mask structures 42 of the mask 40 being imaged onto one of a plurality of fields 64 of a plurality of semiconductor substrates 52.
  • the image of the mask 40 is shown only by means of the image of an exemplary point 42P of the mask surface to be imaged onto one of the semiconductor substrates 52.
  • an imaging beam path 48 is drawn through the projection lens 50 with respect to the point 42P.
  • Other points on the mask surface are imaged onto the semiconductor substrate 52 using corresponding imaging beam paths.
  • points arranged in the left-hand section of the mask 42 are also imaged onto the semiconductor substrate 52.
  • the projection exposure system 10 Imaging the mask structures 42 onto the semiconductor substrate 52 in an exposure mode of the projection exposure system 10 and a substrate table 54 for holding and positioning of the semiconductor substrate 52.
  • the mask structures 42 are imaged onto the semiconductor substrate 52 via the aforementioned imaging beam path 48 which passes through the projection lens 50.
  • the illumination system 20 serves to irradiate an exposure radiation 14 with a suitable angular distribution onto an object field of the mask 40 arranged in a mask plane 44.
  • the illumination system 20 generates an illumination field 46 on the object field in the form of an intensity distribution of the exposure radiation 14 in the mask plane 44.
  • the exposure radiation 14 is illustrated in FIG. 1 using a large number of individual beams 39. These include individual beams 39-1, 39-2 and 39-3 irradiated onto a mirror element 24-4, individual rays 39-4, 39-5 and 39-6 irradiated onto a mirror element 24-5 and individual rays irradiated onto a mirror element 24-6 39-7, 39-8 and 39-9.
  • the illumination system 20 in the embodiment shown includes three optical modules.
  • the optical modules include field facet optics in the form of a field facet mirror 22 comprising the above-mentioned mirror elements 24, pupil facet optics in the form of a pupil facet mirror 30 and a so-called G mirror 36.
  • the field facet mirror 22 is essentially parallel to or along a system surface conjugate to the mask plane 44 in the form of a field plane 23.
  • the pupil facet mirror 30 is arranged essentially parallel to or along a system surface in the form of a pupil plane 31 of the lighting system 20.
  • the G mirror 36 has a mirror surface 36a, which is arranged parallel to or along a system surface 41.
  • a system surface of the lighting system 20 is to be understood as a surface parallel to or along which an optical module, such as the field facet mirror 22, the pupil facet mirror 30 or the G- Mirror 36 is arranged.
  • an optical module such as the present optical modules
  • the system surface runs essentially parallel to or along the reflective surfaces of the mirror elements.
  • the optical modules can also contain lenses, in which case the system surfaces run essentially parallel to or along the respective front or back sides of the lenses.
  • the optical modules can also each contain only one mirror element or only one lens.
  • the exposure radiation 14 is generated by the above-mentioned exposure radiation source 12, which is designed as a point radiation source, and is irradiated onto the field facet mirror 22 in the form of a diverging input wave 16 emanating from a source point 18 and propagating in an irradiation direction 58.
  • the wavelength of the exposure radiation 14 can, depending on the design of the projection exposure system 10, be in the UV wavelength range, for example at approximately 365 nm, approximately 248 nm or approximately 193 nm, or in the EUV wavelength range, i.e. in a wavelength range of less than 100 nm , in particular at a wavelength of about 13.5 or about 6.8 nm.
  • the illumination radiation 14 is EUV radiation, so all optical elements of the exposure beam path of the projection exposure system 10 are designed as mirrors.
  • the field facet mirror 22 comprises a two-dimensional grid of individual optics in the form of mirror elements 24.
  • the individual optics can also be designed as lenses.
  • the field facet mirror 22 according to Fig. 1 is shown in plan view with an exemplary embodiment of the grid with three by three mirror elements 24. These are numbered with the numbers 1 to 9.
  • the field facet mirror 22 can comprise fewer or more mirror elements 24.
  • the respective shape of the mirror elements 24 is adapted to the shape of the illumination field 46 in the mask plane 44 and is therefore rectangular or crescent-shaped.
  • the illumination field 46 is understood to mean the area on the mask 40 illuminated by the scanner slot at a given time.
  • the two-dimensional grid of the mirror elements 24 is orthogonal in the embodiment shown.
  • the field facet mirror 22 is shown in a sectional view along a section line 26 from Fig. 2.
  • the mirror elements 24-4 to 24-6 already mentioned above are arranged along this cutting line 26.
  • Each of the mirror elements 24 of the field facet mirror 22 is mounted in an individually adjustable manner by means of a respective manipulator 28-4 in the form of an actuator. In particular, an individual tilting of the respective mirror element 24 about two mutually orthogonal tilting axes is possible.
  • the manipulators 28-4 designed as actuators, can be controlled centrally.
  • the pupil facet mirror 30 also includes a two-dimensional arrangement of individual optics in the form of mirror elements, which are designated by the reference number 32.
  • the pupil facet mirror 30 is shown in plan view with an exemplary embodiment of an arrangement of thirty-six mirror elements 32. These are numbered 1 to 36.
  • the pupil facet mirror 30 can comprise fewer or more, in particular several hundred or several thousand, mirror elements 32.
  • the field facet mirror 22 and the pupil facet mirror 30 together comprise several tens of thousands of mirror elements or more than a hundred thousand mirror elements.
  • the facet mirrors 22 and 30 can each be designed as MEMS mirror grids, with the individual mirror elements becoming functional units according to one embodiment variant can be grouped.
  • the mirror elements combined in a functional unit can, for example, each take on the function of one of the mirror elements 24 or 32 according to FIG. 2.
  • the number of mirror elements 32 of the pupil facet mirror 30 is four times as large as the number of mirror elements 24 of the field facet mirror 22.
  • the number of mirror elements 32 of the pupil facet mirror 30 can also be comparative be larger or smaller.
  • the number of mirror elements 32 of the pupil facet mirror 30 can be less or more than four times as large as the number of mirror elements 24 of the field facet mirror 22.
  • the mirror elements 32 are hexagonal and arranged along concentric circles, so that the overall arrangement resembles a honeycomb structure.
  • the pupil facet mirror 30 is shown in a sectional view along a section line 33 from Fig. 2.
  • Six mirror elements 32-15, 32-29, 32-35, 32-33, 32-23 and 32-5 are arranged along this cutting line 33.
  • the structure of the facet mirrors 22 and 30 can in particular also be designed according to one of the variants described in US 201 1/0001947 A1.
  • Each of the thirty-six mirror elements 32-1 to 32-36 of the pupil facet mirror 30 is assigned a respective radiation channel 35-1 to 35-36, which extends from the mirror element 24-1 to 24-9 of the field facet mirror 22 assigned to the corresponding mirror element 32, via the corresponding mirror element 32 and via the G-mirror 36 explained in more detail below, to the mask plane 44.
  • the corresponding mirror elements 32-1 to 32-36 of the pupil facet mirror 30 are tilted appropriately by tilting the mirror elements 24-1 to 24-9 of the field facet mirror.
  • tenspiegels 22 illuminated. Since the mirror elements 24-1 to 24-9 can only illuminate one of the mirror elements 32-1 to 32-36, a maximum of nine of the radiation channels 35-1 to 35-36 can be activated simultaneously.
  • the mask 40 is illuminated with an angular distribution which corresponds to the illumination distribution 60a in the pupil plane 31 shown on the left in FIG. 3.
  • the exposure radiation 14 is irradiated onto the illumination field 46 only by the mirror elements 32-15, 32-30, 32-28, 32-22, 32-24, and 32-5, i.e. there are only the radiation channels 35-15, 35 -30, 35-28, 35-22, 32-24 and 35-5 active.
  • only the mirror elements 32-15 and 32-5 of the pupil facet mirror 30 are active, i.e. only these mirror elements are used by the mirror elements 24 of the field facet mirror 22 assigned to them to form the entire illumination field 46 illuminating radiation channels 35-15 and 35-5 illuminated.
  • the illumination distribution 60a in the pupil plane is also referred to in this text as the illuminated pupil area.
  • This consists of the entirety of the surfaces 32o of the mirror elements 32-15, 32-30, 32-28, 32-22, 32-24 and 32-5.
  • Each of the surfaces 32o represents a delimited surface section. In the exemplary embodiment shown, these surface sections have a hexagonal shape and are each separated from one another by a distance.
  • the mirror element 32-30 of the pupil facet mirror 30 can come from the mirror element 24-1 of the field facet mirror 22, the mirror element 32-15 from the mirror element 24-4, the mirror element 32-28 from the mirror element 24-7, etc Mirror element 32-22 is illuminated by mirror element 24-3, mirror element 32-5 by mirror element 24-6 and mirror element 32-24 by mirror element 24-9.
  • the mirror elements 24-2, 24-5 and 24-8 of the field facet mirror 22 are tilted in such a way that that the radiation component of the input wave 16 striking this does not impinge on the pupil facet mirror 30.
  • the radiation channels 35-30, 35-22, 35-15, 35-5, 35-28 and 35-24 that originate from the mirror elements 24-1, 24-3, 24-4, 24-6, 24-7 and 24-9 of the field facet mirror 22 and lead via the pupil facet mirror 30 and the G-mirror 36 to the mask plane 44 form an illumination beam path 34 in the illumination system 20 in the illustrated embodiment.
  • the G-mirror 36 is a mirror operated in grazing incidence, which is also referred to as a "grazing incidence mirror".
  • the wave radiated from the G-mirror 36 onto the mask plane 44 is also referred to as the output wave 38 of the illumination system 20.
  • the illumination beam path 34 comprises a plurality of individual beams 39.
  • an individual beam is understood to mean a light path within the beam path represented by a line.
  • Each of the radiation channels active in the setting illustrated in FIG. 1 comprises a bundle of individual beams.
  • FIG. 1 Only a few individual beams of this bundle are shown in FIG. 1 as an example. These are the individual beams 39-1 and 39-3 delimiting the radiation channel 35-15 in the plane of the drawing and the individual beam 39-2 running centrally in the radiation channel 35-15. Furthermore, the individual beams 39-4 and 39-6 delimiting the radiation beam irradiated onto the mirror element 24-5 as well as the individual beam 39-5 running centrally in this radiation beam are shown. Furthermore, the individual beams 39-7 and 39-9 delimiting the radiation channel 35-5 in the plane of the drawing as well as the individual beam 39-8 running centrally in the radiation channel 35-5 are shown. The central individual beams 39-2, 39-5 and 39-8, which run from the illumination radiation source 12 to the mask plane 44, are only shown in FIG.
  • the field facet mirror 22 is mounted so that its position can be adjusted relative to a frame element 29-1 of the lighting system 20 as a whole by means of a manipulator 28-1.
  • the manipulator 28-1 is configured as an adjustment device with which several rigid body degrees of freedom, in particular all six rigid body degrees of freedom, ie translations and rotations with respect to all three orthogonal spatial directions, as indicated by arrows in FIG. 1, can be adjusted.
  • the adjustment device can be manually adjustable or can also have electrically controllable actuators.
  • the individual mirror elements 24-1 to 24-9 of the field facet mirror 22 are further mounted in an individually adjustable manner using the manipulators 28-4. According to the described embodiment, each of the mirror elements 24 can be tilted about two mutually orthogonal tilting axes.
  • Both the pupil facet mirror 30 as a whole and the G-mirror 36 are mounted so that their position can be adjusted relative to a frame element 29-2 or 29-3 of the lighting system 20 by means of a corresponding manipulator 28-2 or 28-3.
  • the manipulators 28-2 and 28-3 are each configured as an adjustment device with which several rigid body degrees of freedom, in particular all six rigid body degrees of freedom, i.e. translations and rotations with respect to all three orthogonal spatial directions, can be adjusted are.
  • the adjustment devices can be manually adjustable or can also have electrically controllable actuators.
  • the mask 40 is exposed multiple times, with the mask structures 42 being imaged onto the fields 64 of a plurality of semiconductor substrates 52.
  • the lighting system 20 is operated in at least two different lighting settings, in the exemplary embodiment according to FIG. 3 a first lighting setting 62a and a second lighting setting 62b.
  • the exposure begins approximately with the first lighting setting 62a, as above described, only the radiation channels 35-30, 35-15, 35-28, 35-22, 35-24 and 35-5 are used.
  • wavefront errors can form in the projection objective 50 due to thermal heating of the relevant optical elements in the projection objective 50 and resulting surface changes on these.
  • the lighting is switched on second lighting setting 62b changed.
  • the lighting setting is reset to the first lighting setting 62a. This cycle can occur multiple times.
  • the pupil plane 31 is illuminated with a second lighting distribution 60b.
  • the exposure radiation 14 is no longer applied to the mirror elements 32-15, 32-30, 32-28, 32-22, 32-24 and 32-5, as in the illumination distribution 60a, but instead to the mirror elements 32-16, 32 -29, 32-14, 32-23, 32-4, and 32-6.
  • the pupil area illuminated in the first lighting setting 62a which corresponds to the entirety of the surfaces 32o of the mirror elements 32-15, 32-30, 32-28, 32-22, 32-24, and 32-5, points to that in the second lighting setting 62b illuminated pupil surface, which corresponds to the totality of the surfaces of the mirror elements 32-15, 32-30, 32-28, 32-22, 32-24 and 32-5, there is no overlap.
  • the signature of thermal heating occurring in the second lighting setting 62b in the relevant optical elements in the projection lens 50 is therefore so different from the signature occurring in the first lighting setting 62a that surface changes on the optical elements of the projection lens 50, which are due to the signature of the first lighting setting 62a, which can form in the beginning and cause wavefront errors, do not increase any further, but may even regress.
  • the signature of the second illumination setting 62b can of course cause other surface changes to the optical elements of the projection lens 50, which can also lead to wavefront errors. Therefore, operation in the second lighting setting 62b is preferably switched back to operation in the first lighting setting 62a after the certain additional period of time mentioned above, which is short enough that these wavefront errors cannot develop to a disturbing extent either.
  • switching from the first lighting setting 62a to the second lighting setting 62b can take place step by step.
  • the illumination of a mirror element 32 or a group of mirror elements 32 is switched to another mirror element 32 or another group of mirror elements 32.
  • two of the mirror elements 24-1, 24-3, 24-4, 24-6, 24-7 and 24-9 of the field facet mirror 22 are switched between different radiation channels 35 one after the other.
  • a surface section or a subgroup of surface sections of a first configuration of surface sections defined by the first lighting setting 62a is gradually illuminated in the pupil plane 31 switched to an illumination of another surface section or another subgroup of the surface sections of a second configuration of surface sections in the pupil plane 31 defined by the second lighting setting 62b.
  • This gradual switching can also be referred to as morphing.
  • the transition from the first lighting distribution 60a according to FIG. 3 into the second lighting distribution 60b according to FIG. 3 takes place in three cuts.
  • a transition takes place from the second intermediate lighting distribution 60z2 to the second lighting distribution 60b by switching the respective lighting of the mirror elements 32-28 and 32-24 to the mirror elements 32-14 and 32-6. This is done by tilting the mirror elements 24-7 and 24-9 accordingly
  • the pupil area illuminated in the first illumination setting 62a has a certain overlap with the pupil area illuminated in the second illumination distribution 62b.
  • the pupil area illuminated in the first lighting setting 62a corresponds to the entirety of the surfaces of the mirror elements 32-17, 32-30, 32-15, 32-28, 32-13, 32-3, 32-22, 32-5, 32-24 and 32-7.
  • the pupil area illuminated in the second lighting setting 62b corresponds to the entirety of the surfaces 32o of the mirror elements 32-17, 32-16, 32-29, 32-14, 32-13, 32-3, 32-4, 32-23, 32- 6 and 32-7.
  • the overlap between the lighting distributions 62a and 62b relate to the surfaces of the mirror elements 32-17, 32-13, 32-3 and 32-7 and thus to four of the ten illuminated mirror elements. This means that the overlap is approximately 40% of the illuminated pupil area. According to further embodiments, the overlap can be a smaller percentage or a larger percentage, but a maximum of 90% of the illuminated pupil area. Since at least a portion of the pupil area is no longer illuminated when switching between the two lighting settings 62a and 62b, the effects described above with reference to the embodiment according to FIG. 3 occur, which result in wavefront errors not being able to form or to form to a lesser extent.
  • the illumination distributions 60a, 60b and possibly 60z1 and 60z2 in the pupil plane 31 illustrated in Figures 3, 4 and 5 correspond, according to one embodiment variant, to the respective angular distributions of the exposure radiation 14 irradiated onto the various illuminated field points 43 on the mask 40.
  • the angular distribution varies somewhat from field point 43 to field point 43, in this case the illumination distributions 60a, 60b and possibly 60z1 and 60z2 illustrated in Figures 3, 4 and 5 relate at least to a uniform field point 43, i.e. each to the same field point or several of the same field points.
  • a plurality of field points 43 which in particular form a contiguous area 45 in the mask plane 44 (see FIG. 1), are assigned respective lighting distributions in the individual lighting settings 62a and 62b, which either correspond to those in Figures 3, 4 and 5 correspond to the lighting distributions shown or deviate from them by a maximum of 5%, in particular by a maximum of 1%.
  • the lighting distributions 60a and 60b described for the respective lighting settings 62a and 62b are present in the pupil plane for the field points 43 arranged in the contiguous area 45, the lighting distributions 60a and 60b can still be described as the same illumination distribution even if the pupil area differs by a maximum of 5%.
  • lithographic process windows for a given mask structure 42 at different lighting settings. These process windows are each represented by an area in a diagram in which a defocus Af of the image of the mask structure 42 in the image plane 53 is plotted against a dose variation AD of the exposure radiation 14 generated by the exposure radiation source 12.
  • the area mentioned is formed by the area in the Af-AD diagram which is surrounded by a process window curve 66 and the Af and AD coordinate axes of the diagram.
  • a lithographic parameter lies within a tolerance range around a target value.
  • the lithographic parameter can be, for example, a variation of a critical dimension, such as a line width in the photoresist (also referred to as a CD variation) of the mask structure 42 imaged on the semiconductor substrate 52 with the relevant lighting setting.
  • FIG. 6 shows an optimized process window 68o for the predetermined mask structure 42 mentioned above with a process window curve 66o designed as a dashed-dotted line.
  • the process window 68o is based on an illumination distribution in the pupil plane 31, in which the area of the process window 68o is maximized while maintaining the proportions of the process window 68o.
  • this process window 68o is only present in this size at the beginning of an exposure process, as long as thermal heating effects in the projection lens 50 do not yet play a significant role.
  • thermal heating effects lead to wavefront aberrations, which are also referred to as thermal wavefront aberrations in this text.
  • the lighting distributions 60a and 60b are each selected in the lighting settings 62a and 62b such that the respective area of the associated process windows 68a and 68b, which arise without taking thermal wavefront aberrations into account, is each at most 10%, in particular at most 20%, smaller as the area of the optimized process window 68o.
  • the process windows 68a and 68b are defined by the process window curves 66a and 66b, respectively.
  • the respective area of the process windows 68a and 68b is each at least 5% smaller than the area of the optimized process window 68o.
  • the process windows 68a and 68b are each smaller than the optimized process window 68o, they are larger than the process window 68ot, which occurs after some time due to thermal wavefront aberrations.
  • the corresponding process window would also reduce, namely the process window 68a to a process window 68at defined by a process window curve 66at or the process window 68b to a process window 68bt defined by a process window curve 66bt .
  • this is prevented by switching back and forth between the lighting settings 60a and 60b, as explained above, before thermal wavefront aberrations can form.
  • one of the two lighting settings 60a and 60b can be configured to generate the optimized process window 68o and the other lighting setting can be configured for a process window correspond, which is smaller than the process window 68a or the process window 68b.

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Betreiben einer Projektionsbelichtungsanlage (10) für die Mikrolithographie wird eine Maske (40) wiederholt mit einer von einem Beleuchtungssystem (20) bereit gestellten Belichtungsstrahlung (14) belichtet und dabei werden Maskenstrukturen (42) auf jeweils eines einer Vielzahl von Feldern (64) mehrerer Halbleitersubstrate (52) abgebildet. In einem Zeitraum, in dem die wiederholte Belichtung der Maske stattfindet, wird das Beleuchtungssystem nacheinander in mindestens zwei unterschiedlichen Beleuchtungseinstellungen (62a, 62b) des Beleuchtungssystems genutzt, in denen in einer Pupillenebene (31) des Beleuchtungssystems derart unterschiedliche Beleuchtungsverteilungen (60a, 60b) der Belichtungsstrahlung vorliegen, dass eine in der ersten Beleuchtungseinstellung (62a) ausgeleuchtete Pupillenfläche (32-15, 32-30, 32-28, 32-22, 32-24, 32-5; 32-17, 32-30, 32-15, 32-28, 32-13, 32-3, 32-22, 32-5, 32-24, 32-7) mit einer in der zweiten Beleuchtungseinstellung (62b) ausgeleuchteten Pupillenfläche (35- 16, 35-29, 35-14, 35-23, 35-4, 35-6; 32-17, 32-16, 32-29, 32-14, 32-13, 32-3, 32- 4, 32-23, 32-6, 32-7) keinen Überlapp oder einen Überlapp von maximal 90% der jeweils ausgeleuchteten Pupillenfläche aufweist, wobei die Maske in jeder der zwei unterschiedlichen Beleuchtungseinstellungen zumindest einmal vollständig belichtet wird.

Description

Verfahren zum Betreiben einer Projektionsbelichtungsanlage
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2022 210 088.3 vom 23. September 2022. Die gesamte Offenbarung dieser Patentanmeldung wird durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen.
Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithograhie.
Zur Herstellung von Halbleiterbauelementen und anderen feinstrukturierten Bauteilen werden heutzutage überwiegend lithographische Projektionsbelichtungsverfahren eingesetzt. Dabei wird ein auf einer Maske bzw. einem Retikel angeordnetes Muster in einer Projektionsbelichtungsanlage zwischen einem Beleuchtungssystem und einem Projektionsobjektiv im Bereich einer Masken- bzw. Objektebene des Projektionsobjektivs positioniert und mit einer vom Beleuchtungssystem geformten Beleuchtungsstrahlung beleuchtet. Die durch das Muster veränderte Strahlung durchläuft das Projektionsobjektiv, wodurch das Muster auf eine strahlungsempfindliche Schicht eines Halbleitersubstrats abgebildet wird.
Die Belichtung wird zunehmend spezifisch auf konkrete Chip-Layer-Strukturen optimiert, was zu fragmentierten und teils stark lokalisierten Beleuchtungsverteilungen in der Pupillenebene des Beleuchtungssystems im Vergleich zu den klassischen Formen wie z.B. annular, Dipol, Quasar führt. Ziel dabei ist ein möglichst hoher Kontrast der abgebildeten Strukturen, speziell der für die Funktion des Halbleiterbauteils kritischen Strukturen. Diese können z.B. besonders kleine Dimensionen oder besonders geringe Abstände zu Nachbarstrukturen aufweisen. Ziel ist eine hohe Ausbeute ungeachtet von Ungenauigkeiten in der Belichtungsdosis sowie Fokusposition, wie sie im realen Fertigungsprozeß zu beobachten sind.
Um solche Zusammenhänge zu quantifizieren, wird oftmals eine Auftragung eines so genannten lithographischen Prozessfensters genutzt. Bei diesem wird bezüglich der Ungenauigkeit eines lithographischen Parameters, etwa eine vorgegebene Strukturgrößenungenauigkeit, wie z.B. 10% Linienbreite, zu einem gewissen Fokusfehler derjenige Dosisfehler ermittelt, welcher gerade zu dieser Abweichung des lithographischen Parameters führt. Unterschiedliche Beleuchtungsverteilungen führen in der Regel zu variierenen Prozessfenstern. Weiterhin wird oft eine hohe Insensitivität gegen Fokusfehler mit größerer Sensitivität auf Dosisfehler erkauft und umgekehrt. Je nach Beleuchtungswahl kann der Schwerpunkt unterschiedlich auf eine der beiden Einflussgrößen gelegt werden.
Aufgrund der lokalisierten Beleuchtungsspitzen entstehen nun gerade hochbelastete Bereiche auf optischen Flächen mit Temperaturspitzen, entsprechend kommt es zum Konflikt zwischen einer auf hohen Kontrast optimierten Beleuchtung einerseits und hohen thermal induzierten Aberrationen, die wiederum die Ausbeute reduzieren können, sei es durch Positionierfehler („Overlay“) oder durch Fokuseffekte, die ihrerseits wieder den Kontrast mindern.
Zugrunde liegende Aufgabe
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, womit die vorgenannten Probleme gelöst werden, und insbesondere die Projektionsbelichtungsanlage über einen langen Zeitraum ohne wesentliche Einbußen im lithographischen Prozessfenster betrieben werden kann. Erfindungsgemäße Lösung
Die vorgenannte Aufgabe kann erfindungsgemäß beispielsweise gelöst werden mit einem Verfahren zum Betreiben einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie, bei dem eine Maske wiederholt mit einer von einem Beleuchtungssystem bereit gestellten Belichtungsstrahlung belichtet wird und dabei Maskenstrukturen auf jeweils eines einer Vielzahl von Feldern mehrerer Halbleitersubstrate abgebildet werden. In einem Zeitraum, in dem die wiederholte Belichtung der Maske stattfindet, wird das Beleuchtungssystem nacheinander in mindestens zwei unterschiedlichen Beleuchtungseinstellungen des Beleuchtungssystems genutzt, in denen in einer Pupillenebene des Beleuchtungssystems derart unterschiedliche Beleuchtungsverteilungen der Belichtungsstrahlung vorliegen, dass eine in der ersten Beleuchtungseinstellung ausgeleuchtete Pupillenfläche mit einer in der zweiten Beleuchtungseinstellung ausgeleuchteten Pupillenfläche keinen Überlapp oder einen Überlapp von maximal 90% der jeweils ausgeleuchteten Pupillenfläche aufweist. Weiterhin wird die Maske in jeder der zwei unterschiedlichen Beleuchtungseinstellungen zumindest einmal vollständig belichtet. Mit anderen Worten erfolgt im Fall der Ausführung der Projektionsbelichtungsanlage als Scanner in jeder der Beleuchtungseinstellungen mindestens ein kompletter Maskenscan. Gemäß einer Ausführungsform wird die Maske in jeder der zwei unterschiedlichen Beleuchtungseinstellung mehrfach, beispielsweise mindestens zehnfach, mindestens 100-fach oder mindestens 1000-fach, ohne zwischenzeitlichen Wechsel der Beleuchtungseinstellung vollständig belichtet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden die unterschiedlichen Beleuchtungseinstellungen jeweils mindestens über einen Zeitraum aufrecht erhalten, welcher zu einer zweimaligen Belichtung der Maske benötigt wird. Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden die unterschiedlichen Beleuchtungseinstellungen jeweils über mindestens einen Zeitraum aufrecht erhalten, welcher zu einer mindestens zehnfachen Belichtung der Maske benötigt wird. Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden die unterschiedlichen Beleuchtungseinstellungen jeweils über mindestens einen Zeitraum aufrecht erhalten, welcher zur kompletten Belichtung eines Halbleitersubstrats, insbesondere zur Belichtung mehrerer Halbleitersubstrate, beispielsweise der Belichtung von mindestens zehn Halbleitersubstraten, benötigt wird. Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden die unterschiedlichen Beleuchtungseinstellungen jeweils über mindestens einen Zeitraum aufrecht erhalten, welcher zur Belichtung mindestens eines Loses an Halbleitersubstraten, insbesondere zur Belichtung mehrerer Lose an Halbleitersubstraten, beispielsweise zur Belichtung von mindestens zehn Losen an Halbleitersubstraten, benötigt wird. Ein Los kann beispielsweise mindestens zwanzig Halbleiterwafer, insbesondere mindestens fünfundzwanzig Halbleiterwafer, umfassen. Gemäß unterschiedlichen Ausführungsformen kann der Überlapp maximal 80%, maximal 50%, maximal 20% oder maximal 10% betragen. Das heißt, ein in der Pupillenebene ausgeleuchteter Pupillenabschnitt bzw. eine Gesamtheit mehrerer in der Pupillenebene ausgeleuchteter Pupillenabschnitte, d.h. die in der Pupillenebene ausgeleuchteten Flächen, überlappen gar nicht oder weisen einen Überlapp von maximal 90% bzw. einem der anderen genannten Maximalwerte auf.
Mit anderen Worten weist die in der ersten Beleuchtungseinstellung ausgeleuchtete Pupillenfläche mit der in der zweiten Beleuchtungseinstellung ausgeleuchteten Pupillenfläche einen Überlapp von maximal 90% bzw. einem der anderen genannten Werten der jeweils ausgeleuchteten Pupillenfläche auf, wobei der Überlapp auch 0% betragen kann.
Da die Maske jeweils in einer Beleuchtungseinstellung mit der entsprechenden Beleuchtungsstrahlung belichtet wird, ist unter dem Überlapp nicht zu verstehen, dass der oder die betreffenden Flächenabschnitte gleichzeitig beleuchtet werden. Vielmehr handelt es sich beim Überlapp um einen oder mehrere Flächenabschnitte, die zu unterschiedlichen Zeitpunkten mit der betreffenden Beleuchtungseinstellung beleuchtet werden.
Das heißt, eine in einer ersten Beleuchtungseinstellung ausgeleuchtete Pupillenfläche, auch erste Fläche bezeichnet, unterscheidet sich von einer in der zweiten Beleuchtungseinstellung ausgeleuchteten Pupillenfläche, auch zweite Fläche bezeichnet, dahingehend, dass die beiden Flächen jeweils in einem Teilbereich von maximal 90% der betreffenden Gesamtfläche oder gar nicht miteinander übereinstimmen, d.h. die ausgeleuchteten Flächen unterscheiden sich um mehr als 10% voneinander. Darunter ist zu verstehen, dass derjenige Teilbereich der ersten Fläche, welcher eine Entsprechung in der zweiten Fläche hat, d.h. mit dem betreffenden Teilbereich der zweiten Fläche übereinstimmt, 90% oder weniger der Gesamtfläche der ersten Fläche ausmacht. Umgekehrt gilt dies auch für den Teilbereich der zweiten Fläche, dieser macht 90% oder weniger der Gesamtfläche der zweiten Fläche aus. Analog dazu machen bei Nutzung von mehr als zwei unterschiedlichen Beleuchtungseinstellungen diejenigen Teilbereiche der in den verschiedenen Beleuchtungseinstellungen ausgeleuchteten Flächen, welche in allen Beleuchtungseinstellungen miteinander übereinstimmen, jeweils maximal 90% der Gesamtfläche der betreffenden Fläche aus.
Eine Pupillenebene des Beleuchtungssystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die örtliche Intensitätsverteilung der Beleuchtungsstrahlung, welche auf einen bestimmten Feldpunkt auf der Maske konvergiert, in der Pupillenebene der winkelaufgelösten Intensitätsverteilung an diesem Feldpunkt entspricht.
Durch das erfindungsgemäße, nacheinander erfolgende Nutzen des Beleuchtungssystems in den vorstehend beschriebenen mindestens zwei unterschiedlichen Beleuchtungseinstellungen des Beleuchtungssystems kann verhindert werden, dass sich durch lokale Aufheizung optischer Elemente der Projektionsbelichtungsanlage, insbesondere optischer Elemente des Projektionsobjektivs, Wellenfrontaberrationen in übermäßigem Umfang ausbilden. Durch das Nutzen der unterschiedlichen Beleuchtungseinstellungen kann die Strahlungsverteilung auf den optischen Elementen umgestellt werden, bevor eine bezüglich möglicher Wellenfrontfehler relevante lokale Aufheizung auftritt.
Gemäß einer Ausführungsform wird bei der wiederholten Belichtung der Maske in einem zeitlichen Abstand von weniger als 200 Minuten, insbesondere von weniger als 60 Minuten oder von weniger als 20 Minuten zwischen den zwei unterschiedlichen Beleuchtungseinstellungen gewechselt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen die in den unterschiedlichen Beleuchtungseinstellungen ausgeleuchteten Pupillenflächen jeweils eine Mehrzahl an voneinander abgegrenzten Flächenabschnitten auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird derart von einer ersten der zwei unterschiedlichen Beleuchtungseinstellungen mit einer ersten Konfiguration an Flächenabschnitten in der Pupillenebene auf die zweite Beleuchtungseinstellung mit einer zweiten Konfiguration an Flächenabschnitten in der Pupillenebene gewechselt, indem schrittweise jeweils eine Beleuchtung eines Flächenabschnitts oder einer Teilgruppe der Flächenabschnitte der ersten Konfiguration auf eine Beleuchtung eines anderen Flächenabschnitts oder einer anderen Teilgruppe der Flächenabschnitte der zweiten Konfiguration umgeschaltet wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird derart von einer ersten der zwei unterschiedlichen Beleuchtungseinstellungen auf die zweite Beleuchtungseinstellung gewechselt, indem die der ersten Beleuchtungseinstellung zugeordnete erste Beleuchtungsverteilung schrittweise an die der zweiten Beleuchtungseinstellung zugeordnete zweite Beleuchtungsverteilung angepasst wird. Dieses Vorgehen kann auch als Morphen bezeichnet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Beleuchtungssystem eine in einer Pupillenebene des Beleuchtungssystems angeordnete Pupillen-Facettenoptik mit einer Mehrzahl an Einzeloptiken sowie eine in einer zur Maskenebene konjugierten Ebene angeordnete Feld-Facettenoptik auf, wobei die Feld-Facettenoptik eine Mehrzahl an weiteren Einzeloptiken aufweist, die dazu konfiguriert sind, die Einzeloptiken der Pupillen-Facettenoptik zur jeweiligen Ausbildung eines Strahlungskanals des Strahlengangs der Beleuchtungsstrahlung anzustrahlen, wobei beim schrittweisen Anpassen der ersten Beleuchtungsverteilung an die zweite Be- leuchtungsverteilung durch nacheinander erfolgendes Bewegen einer oder mehrerer der Einzeloptiken der Feld-Facettenoptik zwischen verschiedenen Strahlungskanälen umgeschaltet wird. Das heißt, die bisher in einem Strahlungskanal geführte Belichtungsstrahlung wird daraufhin in einem anderen Strahlungskanal geführt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die für die unterschiedlichen Beleuchtungseinstellungen vorliegenden Beleuchtungsverteilungen in der Pupillenebene jeweils mindestens einem einheitlichen Feldpunkt in einer Maskenebene der Projektionsbelichtungsanlage zugeordnet. Mit anderen Worten ist die der ersten Beleuchtungseinstellung zugeordnete erste Beleuchtungsverteilung demselben Feldpunkt bzw. derselben Mehrzahl an Feldpunkten zugeordnet wie die der zweiten Beleuchtungseinstellung zugeordnete zweite Beleuchtungsverteilung.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist in der jeweiligen Beleuchtungseinstellung die betreffende Beleuchtungsverteilung oder eine um maximal 5%, insbesondere um maximal 1 %, abweichende Beleuchtungsverteilung einer Mehrzahl von Feldpunkten in einer Maskenebene der Projektionsbelichtungsanlage zugeordnet. Mit anderen Worten liegt die in der jeweiligen Beleuchtungseinstellung erwähnte Beleuchtungsverteilung in der Pupillenebene für mehrere Feldpunkte in der Maskenebene der Projektionsbelichtungsanlage vor, wobei die Beleuchtungsverteilung auch bei einer um maximal 5% abweichenden Pupillenfläche noch als dieselbe Beleuchtungsverteilung bezeichnet wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform bildet die Mehrzahl von Feldpunkten einen zusammenhängenden Bereich in der Maskenebene. Die beim Vorliegen einer der Beleuchtungsverteilungen in der Pupillenebene ausgeleuchtete Pupillenfläche ist in dieser Ausführungsform keine zusammenhängende Fläche, sondern weist mehrere separate Flächenabschnitte auf. Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist zumindest eine der in den unterschiedlichen Beleuchtungseinstellungen ausgeleuchtete Pupillenfläche eine zusammenhängende Fläche. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist bei jeder der Beleuchtungseinstellungen eine Fläche eines lithographischen Prozessfensters für die Abbildung eines vorgegebenen Typs der Maskenstrukturen ohne Berücksichtigung von thermischen Wellenfrontaberrationen, welche auf, durch die Belichtungsstrahlung bewirkte, thermische Aufheizeffekte in einem Projektionsobjektiv der Projektionsbelichtungsanlage zurückgehen, höchstens 20% kleiner, insbesondere höchstens 10% kleiner, ist als die Fläche eines zugeordneten optimierten lithographischen Prozessfensters, welches für die Abbildung des vorgegebenen Typs der Maskenstrukturen durch Variation der Beleuchtungseinstellung optimiert ist.
Ein derartiges lithographisches Prozessfenster wird beispielsweise durch ein Diagramm gebildet, in dem eine Fläche von einer Kurve sowie zwei Koordinatenachsen, an denen eine Dosisvariation der Belichtungsstrahlung sowie ein Defokus der Abbildung aufgetragen sind, umrandet wird, wobei an durch die Fläche repräsentierten Punkten ein lithographischer Parameter in einem Toleranzbereich um einen Sollwert liegt. Bei dem lithographischen Parameter kann es sich beispielsweise um eine Variation einer kritischen Dimension, wie etwa einer Linienbreite im Photolack (auch CD-Variation bezeichnet) einer mit der betreffenden Beleuchtungseinstellung auf das Halbleitersubstrat abgebildeten Maskenstruktur handeln. Alternativ können beispielsweise auch ein Seitenwinkel einer abgebildeten Struktur im Photolack oder laterale Verschiebungen von Lackstrukturen (auch „Overlay“ bezeichnet) als lithographische Parameter dienen.
Zur rechnerischen Abschätzung der Linienbreite kann das von der Projektionsbelichtungsanlage in der Bildebene erzeugte Luftbild unter Berücksichtigung einer Lackschwelle dienen. Unter einer Lackschwelle ist eine Intensitätsschwelle zu verstehen, ab welcher eine Belichtung des Photolacks erfolgt. Zur experimentellen Bestimmung eines Prozessfensters kann eine Fokus-Dosis-Matrix (auch als FEM-Matrix - englisch für „focus exposure matrix“ - bekannt) auf einem mit Photolack beschichteten Halbleitersubstrat ausgewertet werden. Unter dem für die Abbildung des vorgegebenen Typs der Maskenstrukturen optimierten lithographischen Prozessfensters ist insbesondere dasjenige, sich durch Modifikation der Beleuchtungseinstellung ohne Berücksichtigung von Wellenfrontaberrationen ergebende Prozessfenster zu verstehen, dessen Fläche maximal und dessen Form bestimmte Mindestanforderungen nicht unterschreitet. Unter einer derartigen Mindestanforderung ist beispielsweise das Aspektverhältnis des Prozessfensters, etwa gemessen am Verhältnis der Achsenabschnitte des Prozessfensters, zu verstehen. Die Achsenabschnitte sollten nicht zu sehr voneinander abweichen, d.h. der Spielraum in der Fokusvariation sollte nicht zu sehr auf Kosten des Spielraums der Dosisvariation vergrößert werden und umgekehrt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist bei einer der Beleuchtungseinstellungen die Fläche des lithographischen Prozessfensters für die Abbildung eines vorgegebenen Typs der Maskenstrukturen ohne Berücksichtigung der thermischen Wellenfrontaberrationen optimiert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist bei mindestens einer der Beleuchtungseinstellungen die Fläche des lithographischen Prozessfensters für die Abbildung eines vorgegebenen Typs der Maskenstrukturen ohne Berücksichtigung der thermischen Wellenfrontaberrationen mindestens 5% kleiner ist als die Fläche des zugeordneten optimierten Prozessfensters.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden bei der Konfiguration der Maskenstrukturen und der Beleuchtungsverteilung zumindest einer der Beleuchtungseinstellungen thermische Aufheizeffekte in einem Projektionsobjektiv der Projektionsbelichtungsanlage berücksichtigt, die innerhalb eines Zeitraums auftreten, in dem die Maske mit der betreffenden Beleuchtungseinstellung belichtet wird, d.h. dem Zeitraum, der vor einem Wechsel zwischen den Belichtungseinstellungen liegt. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Projektionsbelichtungsanlage auf eine Betriebswellenlänge im EUV-Wellenlängenbereich ausgelegt. Der Betrieb einer Projektionsbelichtungsanlage im EUV-Wellenlängenbereich bedeutet den Verzicht auf brechende Medien, die bei dieser Wellenlänge nicht mehr sinnvoll einsetzbar sind, und den Übergang auf reine Spiegelsysteme, die entweder im nahezu senkrechten Einfall oder streifend arbeiten. Im senkrechten Einfall wird auf jedem Spiegel etwa ein Drittel des einfallenden Lichts absorbiert (abhängig vom konkreten Einfallswinkelspektrum), unter streifendem Einfall liegen typische Absorptionswerte bei einem Viertel oder einem Fünftel. In brechenden Medien mit Antireflexschicht liegt die absorbierte Intensität zum Vergleich im Promillebereich. Daraus erklären sich erheblich stärkere Temperaturänderungen in EUV-Optiken im Vergleich zu Systemen, die mit UV-Licht betrieben werden.
Da sich Temperaturgradienten aufgrund des thermischen Ausdehnungskoeffizienten in Oberflächenfehler übersetzen, führen sie gerade in Spiegeln zu erheblichen optischen Aberrationen, die in Relation zur Nutzwellenlänge bildverschlechternd wirken. Entsprechend werden EUV-Spiegel aus Material mit besonders niedrigem Wärmeausdehnungskoeffizienten gefertigt, z.B. aus Zerodur oder ULE („ultra low expansion“-Material). Diese Materialien reagieren nichtlinear auf Temperaturänderungen. In der Umgebung einer Nulldurchgangstemperatur, die oft mit der erwarteten mittleren Spiegeltemperatur übereinstimmt, zeigen sie eine sehr geringe thermisch induzierte Volumenänderung. Weicht allerdings lokal die Temperatur merklich von dieser optimalen Nulldurchgangstemperatur ab, so steigen Volumenänderung und daraus resultierend Oberflächendeformation und Wellenfrontstörung überproportional an. Lokale Spitzen der Beleuchtungsintensität, die zu heißen Flecken („hot spots“) führen, sind daher besonders kritisch.
Die bezüglich der vorstehend aufgeführten Ausführungsformen, Ausführungsbeispiele bzw. Ausführungsvarianten, etc. des erfindungsgemäßen Verfahrens angegebenen Merkmale 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 selbständig schutzfähig sind und deren Schutz ggf. erst während oder nach Anhängigkeit der Anmeldung beansprucht wird.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die vorstehenden, sowie weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung werden in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung beispielhafter erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele bzw. Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Zeichnungen veranschaulicht. Es zeigt:
Fig. 1 eine Schnittansicht einer Ausführungsform einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit einem Beleuchtungssystem, welches einen Feld-Facettenspiegel sowie einen Pupillen-Facettenspiegel aufweist,
Fig. 2 eine Draufsicht auf den Feld-Facettenspiegel sowie den Pupillen-Facettenspiegel,
Fig. 3 den Pupillen-Facettenspiegel in Draufsicht mit zwei unterschiedlichen Beleuchtungsverteilungen in einer ersten Ausführungsform,
Fig. 4 den Pupillen-Facettenspiegel in Draufsicht mit den zwei unterschiedlichen Beleuchtungsverteilungen gemäß Fig. 3 sowie weiteren Zwischenbeleuchtungsverteilungen,
Fig. 5 den Pupillen-Facettenspiegel in Draufsicht mit zwei unterschiedlichen Beleuchtungsverteilungen in einer weiteren Ausführungsform, sowie
Fig. 6 lithographische Prozessfenster für eine vorgegebene Maskenstruktur bei unterschiedlichen Beleuchtungseinstellungen. 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-Ko- ordinatensystem angegeben, aus dem sich die jeweilige Lagebeziehung der in den Figuren dargestellten Komponenten ergibt. In Fig. 1 verläuft die y-Richtung senkrecht zur Zeichenebene in diese hinein, die x-Richtung nach rechts und die z- Richtung nach oben.
Fig. 1 zeigt in einer schematischen Ansicht eine Ausführungsform einer Projektionsbelichtungsanlage 10 für die Mikrolithographie, welche zur Herstellung von mikrostrukturierten, z.B. integrierte Schaltkreise enthaltenden, Bauelementen konfiguriert ist. Die Projektionsbelichtungsanlage 10 dient dazu, auf einer Maske 40 in Gestalt eines Retikels angeordnete Maskenstrukturen 42 mittels eines Projektionsobjektivs 50 auf eine fotosensitive Schicht in Gestalt eines lithographischen Lacks eines in einer Bildebene 53 der Projektionsbelichtungsanlage 10 angeordneten Halbleitersubstrats 52 zu übertragen. Beispiele derartiger Maskenstrukturen 42 umfassen mit dem Bezugszeichen 42a bezeichnete dichte Linien und Zwischenräume und mit dem Bezugszeichen 42b bezeichnete isolierte Linien. Die belichteten Punkte auf der Oberfläche der Maske 40 werden als Feldpunkte 43 in der Maskenebene 44 bezeichnet. Als Halbleitersubstrat 52 werden in der Regel sogenannte Wafer aus Silizium oder einem anderen Halbleitermaterial verwendet. Beim Übertragen der Maskenstrukturen 42 auf die fotosensitive Schicht werden die in einem Abbildungsfeld auf der Maske 40 angeordneten Maskenstrukturen 42 auf ein Feld 64 des Halbleitersubstrats 52 abgebildet. In nacheinander erfolgenden Belichtungen der Maske 40 wird das Halbleitersubstrat 52 jeweils in seiner xy-Position verschoben, sodass die Maskenstrukturen 42 auf unterschiedliche Felder 64 des Halbleitersubstrats 52 abgebildet werden. Nachdem alle Felder 64 des auf dem Substrattisch 54 angeordneten Halbleitersubstrats 52 belichtet wurden, wird das Halbleitersubstrat 52 durch ein neues Halbleitersubstrat 52 ersetzt, woraufhin auf diesem wiederum alle Felder 64 belichtet werden. Dies erfolgt für eine Vielzahl von Halbleitersubstraten 52 wie im rechten unteren Abschnitt von Fig. 1 verdeutlicht. Mit anderen Worten wird die Maske 40 wiederholt mit der Belichtungsstrahlung belichtet, wobei die Maskenstrukturen 42 der Maske 40 auf jeweils eines einer Vielzahl von Feldern 64 mehrerer Halbleitersubstrate 52 abgebildet werden.
In Fig. 1 wird die Abbildung der Maske 40 lediglich anhand der Abbildung eines beispielhaften Punktes 42P der abzubildenden Maskenoberfläche auf eines der Halbleitersubstrate 52 dargestellt. Dazu ist ein Abbildungsstrahlengang 48 bezüglich des Punktes 42P durch das Projektionsobjektiv 50 eingezeichnet. Andere Punkte auf der Maskenoberfläche werden mit entsprechenden Abbildungsstrahlengängen auf das Halbleitersubstrat 52 abgebildet. So werden beispielsweise auch im linksseitigen Abschnitt der Maske 42 angeordnete Punkte auf das Halbleitersubstrat 52 abgebildet.
Die Projektionsbelichtungsanlage 10 gemäß Fig. 1 enthält für diesen Zweck eine Belichtungsstrahlungsquelle 12, ein Beleuchtungssystem 20, einen zeichnerisch nicht dargestellten Retikeltisch zur Halterung und Positionierung der Maske 40, das vorstehend erwähnte Projektionsobjektiv 50 in Gestalt eines abbildenden optischen Systems mit einer Mehrzahl an optischen Elementen zum Abbilden der Maskenstrukturen 42 auf das Halbleitersubstrat 52 in einem Belichtungsbetrieb der Projektionsbelichtungsanlage 10 und einen Substrattisch 54 zur Halterung und Positionierung des Halbleitersubstrats 52. Die Abbildung der Maskenstrukturen 42 auf das Halbleitersubstrat 52 erfolgt über den vorstehend erwähnten, das Projektionsobjektiv 50 durchlaufenden, Abbildungsstrahlengang 48.
Das Beleuchtungssystem 20 dient im Belichtungsbetrieb dazu, eine Belichtungsstrahlung 14 mit einer geeigneten Winkelverteilung auf ein Objektfeld der in einer Maskenebene 44 angeordneten Maske 40 einzustrahlen. Mit anderen Worten erzeugt das Beleuchtungssystem 20 auf dem Objektfeld ein Beleuchtungsfeld 46 in Gestalt einer Intensitätsverteilung der Belichtungsstrahlung 14 in der Maskenebene 44. Die Belichtungsstrahlung 14 wird in Fig. 1 anhand einer Vielzahl von Einzelstrahlen 39 veranschaulicht. Diese umfassen auf ein Spiegelelement 24-4 eingestrahlte Einzelstrahlen 39-1 , 39-2 und 39-3, auf ein Spiegelelement 24-5 eingestrahlte Einzelstrahlen 39-4, 39-5 und 39-6 sowie auf ein Spiegelelement 24-6 eingestrahlte Einzelstrahlen 39-7, 39-8 und 39-9.
Zur Erzeugung des Beleuchtungsfeldes 46 umfasst das Beleuchtungssystem 20 in der gezeigten Ausführungsform drei optische Module. Die optischen Module umfassen eine Feld-Facettenoptik in Gestalt eines die vorstehend genannten Spiegelelemente 24 umfassenden Feld-Facettenspiegels 22, eine Pupillen-Facet- tenoptik in Gestalt eines Pupillen-Facettenspiegels 30 sowie einen sogenannten G-Spiegel 36. Der Feldfacettenspiegel 22 ist im Wesentlichen parallel zu bzw. entlang einer zur Maskenebene 44 konjugierten Systemfläche in Gestalt einer Feldebene 23 angeordnet. Der Pupillen-Facettenspiegel 30 ist im Wesentlichen parallel zu bzw. entlang einer Systemfläche in Gestalt einer Pupillenebene 31 des Beleuchtungssystems 20 angeordnet. Der G-Spiegel 36 weist eine Spiegeloberfläche 36a auf, welche parallel zu bzw. entlang einer Systemfläche 41 angeordnet ist.
Unter einer Systemfläche des Beleuchtungssystems 20 ist in diesem Text eine Fläche zu verstehen, parallel zu der bzw. entlang der ein optisches Modul, wie etwa der Feld-Facettenspiegel 22, der Pupillen-Facettenspiegel 30 oder der G- Spiegel 36, angeordnet ist. In dem Fall, in dem ein optisches Modul, wie die vorliegenden optischen Module, ein reflektives optisches Modul mit mehreren Spiegelelementen ist, verläuft die Systemfläche im Wesentlichen parallel zu bzw. entlang der reflektiven Oberflächen der Spiegelelemente. In zeichnerisch nicht dargestellten Ausführungsformen können die optischen Module auch Linsen enthalten, hierbei verlaufen die Systemflächen im Wesentlichen parallel zu bzw. entlang jeweiliger Vorder- oder Rückseiten der Linsen. Weiterhin können die optischen Module auch jeweils lediglich ein Spiegelelement oder lediglich eine Linse enthalten.
Die Belichtungsstrahlung 14 wird von der vorstehend erwähnten, als Punktstrahlungsquelle ausgeführten, Belichtungsstrahlungsquelle 12 erzeugt und in Gestalt einer von einem Quellpunkt 18 ausgehenden und sich in einer Anstrahlrichtung 58 ausbreitenden divergierenden Eingangswelle 16 auf den Feld-Facettenspiegel 22 eingestrahlt. Die Wellenlänge der Belichtungsstrahlung 14 kann, je nach Auslegung der Projektionsbelichtungsanlage 10, im UV-Wellenlängenbereich, z.B. bei etwa 365 nm, etwa 248 nm oder etwa 193 nm, oder im EUV-Wellenlängenbe- reich, d.h. in einem Wellenlängenbereich von kleiner als 100 nm, insbesondere bei einer Wellenlänge von etwa 13,5 oder etwa 6,8 nm, liegen. Im vorliegend dargestellten Fall handelt es sich bei der Beleuchtungsstrahlung 14 um EUV-Strah- lung, damit sind alle optischen Elemente des Belichtungsstrahlengangs der Projektionsbelichtungsanlage 10 als Spiegel ausgeführt.
Der Feld-Facettenspiegel 22 umfasst ein zweidimensionales Raster an Einzeloptiken in Gestalt von Spiegelelementen 24. In alternativen Ausführungsformen für Beleuchtungsstrahlung im UV-Wellenlängenbereich können die Einzeloptiken auch als Linsen ausgeführt sein. Im linken Bereich der Fig. 2 ist der Feld-Facet- tenspiegel 22 gemäß Fig. 1 in Draufsicht mit einer beispielhaften Ausführungsform des Rasters mit drei mal drei Spiegelelementen 24 dargestellt. Diese sind mit den Ziffern 1 bis 9 durchnummeriert. In weiteren Ausführungsformen kann der Feld-Facettenspiegel 22 weniger oder auch mehr Spiegelelemente 24 umfassen. Die jeweilige Form der Spiegelelemente 24 ist an die Form des Beleuchtungsfeldes 46 in der Maskenebene 44 angepasst und daher rechteckig oder sichelförmig.
Dabei wird im Fall einer als Step- und Scan-Belichtungsanlage ausgeführten Projektionsbelichtungsanlage 10 unter dem Beleuchtungsfeld 46 die zu einem gegebenen Zeitpunkt vom Scannerschlitz beleuchtete Fläche auf der Maske 40 verstanden. Das zweidimensionale Raster der Spiegelelemente 24 ist in der gezeigten Ausführungsform orthogonal. In Fig. 1 ist der Feld-Facettenspiegel 22 in Schnittansicht entlang einer Schnittlinie 26 aus Fig. 2 dargestellt. Entlang dieser Schnittlinie 26 sind die bereits vorstehend erwähnten Spiegelelemente 24-4 bis 24-6 angeordnet. Jedes der Spiegelelemente 24 des Feld-Facettenspiegels 22 ist mittels eines jeweiligen Manipulators 28-4 in Form eines Aktuators individuell verstellbar gelagert. Insbesondere ist eine individuelle Verkippung des jeweiligen Spiegelelements 24 um zwei zueinander orthogonale Kippachsen möglich. Die als Aktuatoren ausgeführten Manipulatoren 28-4 können zentral angesteuert werden.
Der Pupillen-Facettenspiegel 30 umfasst ebenfalls eine zweidimensionale Anordnung an Einzeloptiken in Gestalt von Spiegelelementen, welche mit dem Bezugszeichen 32 bezeichnet sind. Im rechten Bereich von Fig. 2 ist der Pupillen-Facettenspiegel 30 in Draufsicht mit einer beispielhaften Ausführungsform einer Anordnung von sechsunddreißig Spiegelelementen 32 dargestellt. Diese sind mit den Ziffern 1 bis 36 durchnummeriert. In weiteren Ausführungsformen kann der Pupillen-Facettenspiegel 30 weniger oder auch mehr, insbesondere auch mehrere hundert oder mehrere tausend, Spiegelelemente 32 umfassen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Feld-Facettenspiegel 22 und der Pupillen-Facettenspiegel 30 zusammen mehrere zehntausend Spiegelelemente oder mehr als hunderttausend Spiegelelemente. In diesem Fall können die Facettenspiegel 22 und 30 jeweils als MEMS-Spiegelraster ausgebildet sein, wobei gemäß einer Ausführungsvariante die einzelnen Spiegelelemente zu Funktionseinheiten gruppiert sein können. Dabei können die in einer Funktionseinheit zusammengefassten Spiegelelemente beispielsweise jeweils die Funktion eines der Spiegelelemente 24 bzw. 32 gemäß Fig. 2 übernehmen.
In der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform ist die Anzahl der Spiegelelemente 32 des Pupillen-Facettenspiegels 30 viermal so groß wie die Anzahl der Spiegelelemente 24 des Feld-Facettenspiegels 22. In anderen Ausführungsformen kann die Anzahl der Spiegelelemente 32 des Pupillen-Facettenspiegels 30 auch vergleichsweise größer oder geringer sein. Insbesondere kann die Anzahl der Spiegelelemente 32 des Pupillen-Facettenspiegels 30 weniger oder mehr als viermal so groß wie die Anzahl der Spiegelelemente 24 des Feld-Facettenspiegels 22 sein. Die Spiegelelemente 32 sind in der gezeigten Ausführungsform sechseckig ausgeführt und entlang konzentrischer Kreise angeordnet, sodass die Gesamtanordnung einem Bienenwabengebilde ähnelt.
In Fig. 1 ist der Pupillen-Facettenspiegel 30 in Schnittansicht entlang einer Schnittlinie 33 aus Fig. 2 dargestellt. Entlang dieser Schnittlinie 33 sind sechs Spiegelelemente 32-15, 32-29, 32-35, 32-33, 32-23 sowie 32-5 angeordnet. Der Aufbau der Facettenspiegel 22 und 30 kann insbesondere auch gemäß einer der in US 201 1/0001947 A1 beschriebenen Varianten ausgeführt sein.
Jedem der sechsunddreißig Spiegelelemente 32-1 bis 32-36 des Pupillen-Facettenspiegels 30 ist ein jeweiliger Strahlungskanal 35-1 bis 35-36 zugeordnet, welcher sich von dem jeweils dem entsprechenden Spiegelelement 32 zugeordneten Spiegelelement 24-1 bis 24-9 des Feld-Facettenspiegels 22 über das entsprechende Spiegelelement 32 sowie über den nachstehend näher erläuterten G- Spiegel 36 bis hin zur Maskenebene 44 erstreckt.
Zur Aktivierung entsprechender Strahlungskanäle 35-1 bis 35-36 werden die entsprechenden Spiegelelemente 32-1 bis 32-36 des Pupillen-Facettenspiegels 30 durch geeignete Verkippung der Spiegelelemente 24-1 bis 24-9 des Feld-Facet- tenspiegels 22 angestrahlt. Da die Spiegelelemente 24-1 bis 24-9 jeweils nur eines der Spiegelelemente 32-1 bis 32-36 anstrahlen können, können maximal neun der Strahlungskanäle 35-1 bis 35-36 gleichzeitig aktiviert werden.
In der in Fig. 1 gezeigten Beleuchtungseinstellung 62a des Beleuchtungssystems 20 wird die Maske 40 mit einer Winkelverteilung beleuchtet, welche der in Fig. 3 auf der linken Seite dargestellten Beleuchtungsverteilung 60a in der Pupillenebene 31 entspricht. Dazu wird die Belichtungsstrahlung 14 lediglich von den Spiegelelementen 32-15, 32-30, 32-28, 32-22, 32-24, sowie 32-5 auf das Beleuchtungsfeld 46 eingestrahlt, d.h. es sind lediglich die Strahlungskanäle 35-15, 35-30, 35-28, 35-22, 32-24 sowie 35-5 aktiv. In der Schnittansicht von Fig. 1 sind damit lediglich die Spiegelelemente 32-15 und 32-5 des Pupillen-Facettenspiegels 30 aktiv, d.h. nur diese Spiegelelemente werden von den ihnen jeweils zugeordneten Spiegelelementen 24 des Feld-Facettenspiegels 22 zur Ausbildung der jeweils das gesamte Beleuchtungsfeld 46 ausleuchtenden Strahlungskanäle 35-15 und 35-5 angestrahlt.
Die Beleuchtungsverteilung 60a in der Pupillenebene wird in diesem Text auch als ausgeleuchtete Pupillenfläche bezeichnet. Diese besteht aus der Gesamtheit der Oberflächen 32o der Spiegelelemente 32-15, 32-30, 32-28, 32-22, 32-24 sowie 32-5. Jede der Oberflächen 32o stellt einen abgegrenzten Flächenabschnitt dar. Diese Flächenabschnitte weisen im dargestellten Ausführungsbeispiel hexagonale Form auf und sind jeweils durch einen Abstand voneinander getrennt.
Zur Ausbildung der Beleuchtungsverteilung 60a kann das Spiegelelement 32-30 des Pupillen-Facettenspiegels 30 vom Spiegelelement 24-1 des Feld-Facettenspiegels 22, das Spiegelelement 32-15 vom Spiegelelement 24-4, das Spiegelelement 32-28 vom Spiegelelement 24-7, das Spiegelelement 32-22 vom Spiegelelement 24-3, das Spiegelelement 32-5 vom Spiegelelement 24-6 sowie das Spiegelelement 32-24 vom Spiegelelement 24-9 angestrahlt werden. Die Spiegelelemente 24-2, 24-5 und 24-8 des Feld-Facettenspiegels 22 sind derart verkippt, dass der auf diesen auftreffende Strahlungsanteil der Eingangswelle 16 nicht auf den Pupillen-Facettenspiegel 30 auftrifft.
Die von den Spiegelelementen 24-1 , 24-3, 24-4, 24-6, 24-7 und 24-9 des Feld-Fa- cettenspiegels 22 ausgehenden und über den Pupillen-Facettenspiegel 30 sowie den G-Spiegel 36 bis zur Maskenebene 44 führenden Strahlungskanäle 35-30, 35-22, 35-15, 35-5, 35-28 sowie 35-24 bilden in der veranschaulichten Ausführungsform einen Beleuchtungsstrahlengang 34 im Beleuchtungssystem 20. Der G-Spiegel 36 ist ein im streifenden Einfall betriebener Spiegel, welcher auch „Gra- zing-Incidence-Spiegel“ bezeichnet wird. Die vom G-Spiegel 36 aus auf die Maskenebene 44 eingestrahlte Welle wird auch als Ausgangswelle 38 des Beleuchtungssystems 20 bezeichnet.
Der Beleuchtungsstrahlengang 34 umfasst eine Vielzahl von Einzelstrahlen 39. Unter einem Einzelstrahl wird in diesem Zusammenhang ein anhand einer Linie dargestellter Lichtpfad innerhalb des Strahlengangs verstanden. Jeder der in der in Fig. 1 veranschaulichten Einstellung aktiven Strahlungskanäle umfasst ein Bündel an Einzelstrahlen.
Von diesem Bündel sind in Fig. 1 beispielhaft lediglich einige Einzelstrahlen dargestellt. Bei diesen handelt es sich um die den Strahlungskanal 35-15 in der Zeichnungsebene begrenzenden Einzelstrahlen 39-1 und 39-3 sowie den zentral im Strahlungskanal 35-15 verlaufenden Einzelstrahl 39-2. Weiterhin sind die das auf das Spiegelelement 24-5 eingestrahlte Strahlungsbündel begrenzenden Einzelstrahlen 39-4 und 39-6 sowie der zentral in diesem Strahlungsbündel verlaufende Einzelstrahl 39-5 dargestellt. Weiterhin sind die den Strahlungskanal 35-5 in der Zeichnungsebene begrenzenden Einzelstrahlen 39-7 und 39-9 sowie der zentral im Strahlungskanal 35-5 verlaufende Einzelstrahl 39-8 dargestellt. Die zentralen Einzelstrahlen 39-2, 39-5 und 39-8, welche von der Beleuchtungsstrahlungsquelle 12 bis zur Maskenebene 44 verlaufen, sind in Fig. 1 zur Vereinfachung der Darstellung lediglich im Bereich zwischen der Beleuchtungsstrahlungsquelle 12 und dem Feld-Facettenspiegel 22 dargestellt. Der Feld-Facettenspiegel 22 ist mittels eines Manipulators 28-1 gegenüber einem Rahmenelement 29-1 des Beleuchtungssystems 20 als Ganzes in seiner Position verstellbar gelagert. Der Manipulator 28-1 ist hierbei als Justageeinrichtung konfiguriert, mit der mehrere Starrkörperfreiheitsgrade, insbesondere alle sechs Starrkörperfreiheitsgrade, d.h. Translationen und Rotationen jeweils bezüglich aller drei orthogonaler Raumrichtungen, wie in Fig. 1 anhand von Pfeilen angedeutet, einstellbar sind. Dabei kann die Justageeinrichtung manuell verstellbar sein oder auch elektrisch ansteuerbare Aktuatoren aufweisen. Die einzelnen Spiegelelemente 24-1 bis 24-9 des Feld-Facettenspiegels 22 sind weiterhin mittels der Manipulatoren 28-4 individuell verstellbar gelagert. Gemäß der beschriebenen Ausführungsform ist jedes der Spiegelelemente 24 um zwei zueinander orthogonale Kippachsen verkippbar.
Sowohl der Pupillen-Facettenspiegel 30 als Ganzes als auch der G-Spiegel 36 ist mittels eines entsprechenden Manipulators 28-2 bzw. 28-3 gegenüber einem Rahmenelement 29-2 bzw. 29-3 des Beleuchtungssystems 20 in seiner Position verstellbar gelagert. Analog zum dem Feld-Facettenspiegel 22 zugeordneten Manipulator 28-1 sind auch die Manipulatoren 28-2 und 28-3 jeweils als Justageeinrichtung konfiguriert, mit der mehrere Starrkörperfreiheitsgrade, insbesondere alle sechs Starrkörperfreiheitsgrade, d.h. Translationen und Rotationen jeweils bezüglich aller drei orthogonaler Raumrichtungen, einstellbar sind. Dabei können die Justageeinrichtungen manuell verstellbar sein oder auch elektrisch ansteuerbare Aktuatoren aufweisen.
Wie vorstehend erwähnt, wird die Maske 40 mehrfach belichtet, wobei jeweils die Maskenstrukturen 42 auf die Felder 64 einer Vielzahl von Halbleitersubstraten 52 abgebildet werden. In dem Zeitraum, der dafür benötigt wird, wird das Beleuchtungssystem 20 in mindestens zwei verschiedenen Beleuchtungseinstellungen, im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 einer ersten Beleuchtungseinstellung 62a sowie einer zweiten Beleuchtungseinstellung 62b betrieben. Dabei beginnt die Belichtung etwa mit der ersten Beleuchtungseinstellung 62a, bei der, wie vorstehend beschrieben, lediglich die Strahlungskanäle 35-30, 35-15, 35-28, 35-22, 35-24 und 35-5 zum Einsatz kommen.
Aufgrund dieser sehr inhomogenen Ausleuchtung des Beleuchtungsstrahlengangs 34 und damit auch des Abbildungsstrahlengangs 48 im Projektionsobjektiv 50 können sich aufgrund von thermaler Aufheizung der betreffenden optischen Elemente im Projektionsobjektiv 50 und daraus resultierenden Oberflächenveränderungen an diesen im Projektionsobjektiv 50 Wellenfrontfehler ausbilden. Um dem vorzubeugen, wird nach einem gewissen Zeitraum des Belichtungsbetriebs, z.B. nach der Belichtung eines oder mehrerer Lose an Halbleitersubstraten 52, o- der auch bereits nach Belichtung einiger Halbleitersubstrate 52 eines Loses bzw. nach Belichtung einiger Felder 64 eines Halbleitersubstrates 52 die Beleuchtung auf die zweite Beleuchtungseinstellung 62b umgestellt. Nach einem gewissen weiteren Zeitraum des Belichtungsbetriebs wird, bevor sich aufgrund der neuen Strahlungssignatur im Abbildungsstrahlengang 48 durch Aufheizung der betreffenden optischen Elemente ebenfalls Wellenfrontfehler ausbilden können, die Beleuchtungseinstellung wieder auf die erste Beleuchtungseinstellung 62a zurückgestellt. Dieser Zyklus kann mehrfach erfolgen.
In der zweiten Beleuchtungseinstellung 62b wird die Pupillenebene 31 mit einer zweiten Beleuchtungsverteilung 60b beleuchtet. Dabei wird die Belichtungsstrahlung 14 nicht mehr, wie bei der Beleuchtungsverteilung 60a auf die Spiegelelemente 32-15, 32-30, 32-28, 32-22, 32-24 sowie 32-5, sondern stattdessen auf die Spiegelelemente 32-16, 32-29, 32-14, 32-23, 32-4, sowie 32-6 eingestrahlt. Die in der ersten Beleuchtungseinstellung 62a ausgeleuchtete Pupillenfläche, welche der Gesamtheit der Oberflächen 32o der Spiegelelemente 32-15, 32-30, 32-28, 32-22, 32-24, sowie 32-5 entspricht, weist mit der in der zweiten Beleuchtungseinstellung 62b ausgeleuchteten Pupillenfläche, welche der Gesamtheit der Oberflächen die Spiegelelemente 32-15, 32-30, 32-28, 32-22, 32-24 sowie 32-5 entspricht, keinen Überlapp auf. Damit kommen in der zweiten Beleuchtungseinstellung 62b lediglich die Strahlungskanäle 35-16, 35-29, 35-14, 35-23, 35-4 sowie 35-6 und damit komplett andere Strahlungskanäle als in der ersten Beleuchtungseinstellung 62a zum Einsatz. Die in der zweiten Beleuchtungseinstellung 62b in den betreffenden optischen Elementen im Projektionsobjektiv 50 auftretende Signatur thermaler Aufheizung ist damit derart unterschiedlich zur in der ersten Beleuchtungseinstellung 62a auftretenden Signatur, dass sich Oberflächenveränderungen an den optischen Elementen des Projektionsobjektivs 50, welche sich, bedingt durch die Signatur der ersten Beleuchtungseinstellung 62a, im Ansatz ausbilden und Wellenfrontfehler bedingen können, nicht weiter vergrößern, sondern sich ggf. sogar zurückbilden.
Die Signatur der zweiten Beleuchtungseinstellung 62b kann natürlich andere Oberflächenveränderungen an den optischen Elementen des Projektionsobjektivs 50 bedingen, die ebenfalls zu Wellenfrontfehlern führen können. Deshalb wird der Betrieb in der zweiten Beleuchtungseinstellung 62b vorzugsweise nach dem vorstehend erwähnten, gewissen weiteren Zeitraum, der kurz genug ist, dass sich diese Wellenfrontfehler ebenfalls nicht in störendem Umfang ausbilden können, wieder in den Betrieb in der ersten Beleuchtungseinstellung 62a umgestellt.
Gemäß einer in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform kann das Umschalten von der ersten Beleuchtungseinstellung 62a in die zweite Beleuchtungseinstellung 62b schrittweise erfolgen. Dabei wird in jedem Schritt die Beleuchtung eines Spiegelelements 32 oder einer Gruppe an Spiegelelementen 32 auf ein anderes Spiegelelement 32 bzw. eine andere Gruppe an Spiegelelementen 32 umgestellt.
Dazu werden nacheinander jeweils zwei der Spiegelelemente 24-1 , 24-3, 24-4, 24-6, 24-7 und 24-9 des Feld-Facettenspiegels 22 zwischen verschiedenen Strahlungskanälen 35 umgeschaltet.
Mit anderen Worten wird schrittweise jeweils eine Beleuchtung eines Flächenabschnitts oder einer Teilgruppe der Flächenabschnitte einer durch die erste Beleuchtungseinstellung 62a definierten ersten Konfiguration an Flächenabschnitten in der Pupillenebene 31 auf eine Beleuchtung eines anderen Flächenabschnitts oder einer anderen Teilgruppe der Flächenabschnitte einer durch die zweite Beleuchtungseinstellung 62b definierten zweiten Konfiguration an Flächenabschnitten in der Pupillenebene 31 umgeschaltet. Dieses schrittweise Umschalten kann auch als Morphen bezeichnet werden. Konkret erfolgt in der Ausführungsform gemäß Fig. 4 der Übergang von der ersten Beleuchtungsverteilung 60a gemäß Fig. 3 in die zweite Beleuchtungsverteilung 60b gemäß Fig. 3 in drei Schnitten.
Dabei erfolgt in einem ersten Schritt ein Übergang von der Beleuchtungsverteilung 60a in eine erste Zwischen-Beleuchtungsverteilung 60z1 durch Umschalten der jeweiligen Beleuchtung der Spiegelelemente 32-30 und 32-22 auf die Spiegelelemente 32-16 und 32-4. Dies erfolgt durch entsprechendes Verkippen der Spiegelelemente 24-1 und 24-3. In einem zweiten Schritt erfolgt ein Übergang von der ersten Zwischen-Beleuchtungsverteilung 60z1 in eine zweite Zwischen-Beleuchtungsverteilung 60z2 durch Umschalten der jeweiligen Beleuchtung der Spiegelelemente 32-15 und 32-5 auf die Spiegelelemente 32-29 und 32-23. Dies erfolgt durch entsprechendes Verkippen der Spiegelelemente 24-4 und 24-6. In einem dritten Schritt erfolgt ein Übergang von der zweiten Zwischen-Beleuchtungsverteilung 60z2 in die zweite Beleuchtungsverteilung 60b durch Umschalten der jeweiligen Beleuchtung der Spiegelelemente 32-28 und 32-24 auf die Spiegelelemente 32-14 und 32-6. Dies erfolgt durch entsprechendes Verkippen der Spiegelelemente 24-7 und 24-9
Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform, in der die in der ersten Beleuchtungseinstellung 62a ausgeleuchtete Pupillenfläche einen gewissen Überlapp mit der in der zweiten Beleuchtungsverteilung 62b ausgeleuchteten Pupillenfläche aufweist. Die in der ersten Beleuchtungseinstellung 62a ausgeleuchtete Pupillenfläche entspricht der Gesamtheit der Oberflächen der Spiegelelemente 32-17, 32-30, 32-15, 32-28, 32-13, 32-3, 32-22, 32-5, 32-24 sowie 32-7. Die in der zweiten Beleuchtungseinstellung 62b ausgeleuchtete Pupillenfläche entspricht der Gesamtheit der Oberflächen 32o der Spiegelelemente 32-17, 32-16, 32-29, 32-14, 32-13, 32-3, 32- 4, 32-23, 32-6 sowie 32-7. Der Überlapp zwischen den Beleuchtungsverteilungen 62a und 62b betrifft die Oberflächen der Spiegelelemente 32-17, 32-13, 32-3 und 32-7 und damit jeweils vier der zehn jeweils ausgeleuchteten Spiegelelemente. Damit beträgt der Überlapp etwa 40% der jeweils ausgeleuchteten Pupillenfläche. Gemäß weiterer Ausführungsformen kann der Überlapp einen kleineren Prozentsatz oder einen größeren Prozentsatz, maximal aber 90% der jeweils ausgeleuchteten Pupillenfläche betragen. Da zumindest ein Anteil der Pupillenfläche beim Umschalten zwischen den beiden Beleuchtungseinstellungen 62a und 62b nicht mehr beleuchtet wird, treten die vorstehend unter Bezugnahme auf die Ausführungsform gemäß Fig. 3 beschriebenen Effekte ein, die dazu führen, dass sich Wellenfrontfehler nicht oder weniger stark ausbilden können.
Die in den Figuren 3, 4 und 5 veranschaulichten Beleuchtungsverteilungen 60a, 60b und ggf. 60z1 und 60z2 in der Pupillenebene 31 entsprechen gemäß einer Ausführungsvariante den jeweiligen Winkelverteilungen der auf die verschiedenen beleuchteten Feldpunkte 43 auf der Maske 40 eingestrahlten Belichtungsstrahlung 14. Gemäß einer anderen Ausführungsvariante variiert die Winkelverteilung etwas von Feldpunkt 43 zu Feldpunkt 43, in diesem Fall beziehen sich die in den Figuren 3, 4 und 5 veranschaulichten Beleuchtugsverteilungen 60a, 60b und ggf. 60z1 und 60z2 zumindest auf einen einheitlichen Feldpunkt 43, d.h. jeweils auf denselben Feldpunkt bzw. mehrere derselben Feldpunkte.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante sind einer Mehrzahl an Feldpunkten 43, die insbesondere einen zusammenhängenden Bereich 45 in der Maskenebene 44 bilden (vgl. Fig. 1 ), in den einzelnen Beleuchtungseinstellungen 62a und 62b jeweilige Beleuchtungsverteilungen zugeordnet, die entweder den in den Figuren 3, 4 und 5 dargestellten Beleuchtungsverteilungen entsprechen oder um jeweils maximal 5%, insbesondere um maximal 1 %, davon abweichen. Mit anderen Worten liegen gemäß dieser Ausführungsvariante die für die jeweiligen Beleuchtungseinstellungen 62a bzw. 62b beschriebene Beleuchtungsverteilungen 60a bzw. 60b in der Pupillenebene für die im zusammenhängenden Bereich 45 angeordneten Feldpunkte 43 vor, wobei die Beleuchtungsverteilungen 60a bzw. 60b auch bei einer um maximal 5% abweichenden Pupillenfläche noch als dieselbe Beleuchtungsverteilung bezeichnet werden.
In Fig. 6 sind lithographische Prozessfenster für eine vorgegebene Maskenstruktur 42 bei unterschiedlichen Beleuchtungseinstellungen veranschaulicht. Diese Prozessfenster werden jeweils durch eine Fläche in einem Diagramm repräsentiert, in dem ein Defokus Af der Abbildung der Maskenstruktur 42 in die Bildebene 53 gegen eine Dosisvariation AD der von der Belichtungsstrahlungsquelle 12 erzeugten Belichtungsstrahlung 14 aufgetragen ist. Die genannte Fläche wird durch denjenigen Bereich im Af-AD-Diagramm gebildet, welcher durch eine Prozessfensterkurve 66 sowie den Af- und AD-Koordinatenachsen des Diagramms umrandet ist. An allen durch die Fläche repräsentierten Punkten des Prozessfensters liegt ein lithographischer Parameter in einem Toleranzbereich um einen Sollwert. Bei dem lithographischen Parameter kann es sich beispielsweise um eine Variation einer kritischen Dimension, wie etwa einer Linienbreite im Photolack, (auch CD-Variation bezeichnet) der mit der betreffenden Beleuchtungseinstellung auf das Halbleitersubstrat 52 abgebildeten Maskenstruktur 42 handeln.
In Fig. 6 ist mit einer als Strichpunktlinie ausgeführten Prozessfensterkurve 66o ein optimiertes Prozessfenster 68o für die vorstehend erwähnte vorgegebene Maskenstruktur 42 dargestellt. Das heißt, dem Prozessfenster 68o liegt eine Beleuchtungsverteilung in der Pupillenebene 31 zugrunde, bei der die Fläche des Prozessfensters 68o unter Wahrung der Proportionen des Prozessfensters 68o maximal wird. Dieses Prozessfenster 68o liegt in dieser Größe allerdings lediglich zu Beginn eines Belichtungsprozesses vor, solange thermische Aufheizeffekte im Projektionsobjektiv 50 noch keine wesentliche Rolle spielen. Nach einer gewissen Zeit des Belichtungsbetriebs führen jedoch thermische Aufheizeffekte zu Wellenfrontaberrationen, die in diesem Text auch als thermische Wellenfrontaberrationen bezeichnet werden. Diese Wellenfrontaberrationen führen dazu, dass sich die Prozessfensterkurve 66o zu kleineren AD- und Af-Werten verschiebt (siehe Prozessfensterkurve 66ot) und somit das Prozessfenster 68o auf ein entsprechend verkleinertes Prozessfenster 68ot verringert wird. In einem Ausführungsbeispiel werden in den Beleuchtungseinstellungen 62a und 62b die Beleuchtungsverteilungen 60a und 60b jeweils derart gewählt, dass die jeweilige Fläche der zugehörigen Prozessfenster 68a und 68b, die sich ohne Berücksichtigung thermischer Wellenfrontaberrationen ergeben, jeweils höchstens 10%, insbesondere höchstens 20%, kleiner ist als die Fläche des optimierten Prozessfensters 68o. Die Prozessfenster 68a und 68b sind jeweils durch die Prozessfensterkurven 66a und 66b definiert. Gemäß einer Ausführungsvariante ist die jeweilige Fläche der Prozessfenster 68a und 68b jeweils mindestens 5% kleiner als die Fläche des optimierten Prozessfensters 68o.
Die Prozessfenster 68a und 68b sind zwar jeweils kleiner als das optimierte Prozessfenster 68o, jedoch größer als das sich nach einiger Zeit aufgrund thermischer Wellenfrontaberrationen einstellende Prozessfenster 68ot. Bei längerem Belichtungsbetrieb der Projektionsbelichtungsanlage 10 in einer der Beleuchtungsverteilungen 60a und 60b würde sich das entsprechende Prozessfenster zwar ebenfalls verkleinern, und zwar das Prozessfenster 68a auf ein durch eine Prozessfensterkurve 66at definiertes Prozessfenster 68at bzw. das Prozessfenster 68b auf ein durch eine Prozessfensterkurve 66bt definiertes Prozessfenster 68bt. Dies wird jedoch verhindert, indem wie vorstehend erläutert zwischen den Beleuchtungseinstellungen 60a und 60b hin- und hergewechselt wird, bevor sich thermische Wellenfrontaberrationen ausbilden können.
Damit kann durch die Verwendung der Beleuchtungseinstellungen 62a und 62b mit den Prozessfenstern 60a und 60b dauerhaft ein größeres Prozessfenster sichergestellt werden als bei anhaltender Verwendung einer dem optimierten Prozessfenster 68o zugeordneten Beleuchtungseinstellung.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann eine der beiden Beleuchtungseinstellungen 60a und 60b zur Erzeugung des optimierten Prozessfensters 68o konfiguriert sein und die andere Beleuchtungseinstellung einem Prozessfenster entsprechen, welches kleiner ist als das Prozessfenster 68a bzw. das Prozessfenster 68b.
Die vorstehende Beschreibung beispielhafter Ausführungsbeispiele, Ausführungs- formen 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 Belichtungsstrahlungsquelle
14 Belichtungsstrahlung
16 Eingangswelle
18 Quellpunkt
20 Beleuchtungssystem
22 Feld-Facettenspiegel
23 Feldebene
24, 24-1 bis 24-9 Spiegelelemente
26 Schnittlinie
28-1 Manipulator des Feld-Facettenspiegels
28-2 Manipulator des Pupillen-Facettenspiegels
28-3 Manipulator des G-Spiegels
28-4 Manipulator der Spiegelelemente des Feld-Facettenspiegels
29-1 bis 29-3 Rahmenelemente
30 Pupillen-Facettenspiegel
31 Pupillenebene
32, 32-1 bis 32-32 Spiegelelemente
32o Oberfläche eines Spiegelelements
33 Schnittlinie
34 Beleuchtungsstrahlengang
35-1 bis 35-32 Strahlungskanäle
36 G-Spiegel
36a Spiegeloberfläche
38 Ausgangswelle
39 Einzelstrahl
40 Maske
41 Systemfläche
42 Maskenstrukturen
42P Punkt auf der Maskenoberfläche 43 Feldpunkte
44 Maskenebene
45 zusammenhängender Bereich in der Maskenebene
46 Beleuchtungsfeld
48 Abbildungsstrahlengang
50 Projektionsobjektiv
52 Halbleitersubstrat
53 Bildebene
54 Substrattisch
58 Anstrahlrichtung
60a erste Beleuchtungsverteilung in der Pupillenebene
60b zweite Beleuchtungsverteilung in der Pupillenebene
60z1 erste Zwischen-Beleuchtungsverteilung
60z2 zweite Zwischen-Beleuchtungsverteilung
62a erste Beleuchtungseinstellung
62b zweite Beleuchtungseinstellung
64 Feld auf Halbleitersubstrat
66a Prozessfensterkurve
66at Prozessfensterkurve mit thermischen Aberrationen
66b Prozessfensterkurve
66bt Prozessfensterkurve mit thermischen Aberrationen
66o optimierte Prozessfensterkurve
66ot optimierte Prozessfensterkurve mit thermischen Aberrationen
68a Prozessfenster
68at Prozessfenster mit thermischen Aberrationen
68b Prozessfenster
68bt Prozessfenster mit thermischen Aberrationen
68o optimiertes Prozessfenster
68ot optimiertes Prozessfenster mit thermischen Aberrationen

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Betreiben einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie, bei dem: eine Maske wiederholt mit einer von einem Beleuchtungssystem bereit gestellten Belichtungsstrahlung belichtet wird und dabei Maskenstrukturen auf jeweils eines einer Vielzahl von Feldern mehrerer Halbleitersubstrate abgebildet werden, wobei in einem Zeitraum, in dem die wiederholte Belichtung der Maske stattfindet, das Beleuchtungssystem nacheinander in mindestens zwei unterschiedlichen Beleuchtungseinstellungen des Beleuchtungssystems genutzt wird, in denen in einer Pupillenebene des Beleuchtungssystems derart unterschiedliche Beleuchtungsverteilungen der Belichtungsstrahlung vorliegen, dass eine in der ersten Beleuchtungseinstellung ausgeleuchtete Pupillenfläche mit einer in der zweiten Beleuchtungseinstellung ausgeleuchteten Pupillenfläche keinen Überlapp oder einen Überlapp von maximal 90% der jeweils ausgeleuchteten Pupillenfläche aufweist und wobei die Maske in jeder der zwei unterschiedlichen Beleuchtungseinstellungen zumindest einmal vollständig belichtet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem bei der wiederholten Belichtung der Maske in einem zeitlichen Abstand von weniger als 200 Minuten zwischen den zwei unterschiedlichen Beleuchtungseinstellungen gewechselt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die in den unterschiedlichen Beleuchtungseinstellungen ausgeleuchteten Pupillenflächen jeweils eine Mehrzahl an voneinander abgegrenzten Flächenabschnitten aufweisen.
4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem derart von einer ersten der zwei unterschiedlichen Beleuchtungseinstellungen mit einer ersten Konfiguration an Flächenabschnitten in der Pupillenebene auf die zweite Beleuchtungseinstellung mit einer zweiten Konfiguration an Flächenabschnitten in der Pupillenebene gewechselt wird, indem schrittweise jeweils eine Beleuchtung eines Flächenabschnitts oder einer Teilgruppe der Flächenabschnitte der ersten Konfiguration auf eine Beleuchtung eines anderen Flächenabschnitts oder einer anderen Teilgruppe der Flächenabschnitte der zweiten Konfiguration umgeschaltet wird.
5. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem derart von einer ersten der zwei unterschiedlichen Beleuchtungseinstellungen auf die zweite Beleuchtungseinstellung gewechselt wird, indem die der ersten Beleuchtungseinstellung zugeordnete erste Beleuchtungsverteilung schrittweise an die der zweiten Beleuchtungseinstellung zugeordnete zweite Beleuchtungsverteilung angepasst wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem das Beleuchtungssystem eine in einer Pupillenebene des Beleuchtungssystems angeordnete Pupillen-Facettenoptik mit einer Mehrzahl an Einzeloptiken sowie eine in einer zur Maskenebene konjugierten Ebene angeordnete Feld-Fa- cettenoptik aufweist, wobei die Feld-Facettenoptik eine Mehrzahl an weiteren Einzeloptiken aufweist, die dazu konfiguriert sind, die Einzeloptiken der Pupillen-Facettenoptik zur jeweiligen Ausbildung eines Strahlungskanals des Strahlengangs der Beleuchtungsstrahlung anzustrahlen, wobei beim schrittweisen Anpassen der ersten Beleuchtungsverteilung an die zweite Beleuchtungsverteilung durch nacheinander erfolgendes Bewegen einer oder mehrerer der Einzeloptiken der Feld- Facettenoptik zwischen verschiedenen Strahlungskanälen umgeschaltet wird.
7. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem die für die unterschiedlichen Beleuchtungseinstellungen vorliegenden Beleuchtungsverteilungen in der Pupillenebene jeweils mindestens einem einheitlichen Feldpunkt in einer Maskenebene der Projektionsbelichtungsanlage zugeordnet sind.
8. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem in der jeweiligen Beleuchtungseinstellung die betreffende Beleuchtungsverteilung oder eine um maximal 5% abweichende Beleuchtungsverteilung einer Mehrzahl von Feldpunkten in einer Maskenebene der Projektionsbelichtungsanlage zugeordnet ist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Mehrzahl von Feldpunkten einen zusammenhängenden Bereich in der Maskenebene bildet.
10. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei bei jeder der Beleuchtungseinstellungen eine Fläche eines lithographischen Prozessfensters für die Abbildung eines vorgegebenen Typs der Maskenstrukturen ohne Berücksichtigung von thermischen Wellenfrontaberrationen, welche auf, durch die Belichtungsstrahlung bewirkte, thermische Aufheizeffekte in einem Projektionsobjektiv der Projektionsbelichtungsanlage zurückgehen, höchstens 20% kleiner ist als die Fläche eines zugeordneten optimierten lithographischen Prozessfensters, welches für die Abbildung des vorgegebenen Typs der Maskenstrukturen durch Variation der Beleuchtungseinstellung optimiert ist.
11 . Verfahren nach Anspruch 10, bei dem bei einer der Beleuchtungseinstellungen die Fläche des lithographischen Prozessfensters für die Abbildung eines vorgegebenen Typs der Maskenstrukturen ohne Berücksichtigung der thermischen Wellenfrontaberrationen optimiert ist.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11 , bei dem bei mindestens einer der Beleuchtungseinstellungen die Fläche des lithographischen Prozessfensters für die Abbildung eines vorgegebenen Typs der Maskenstrukturen ohne Berücksichtigung der thermischen Wellenfrontaberrationen mindestens 5% kleiner ist als die Fläche des zugeordneten optimierten Pro- zessfensters.
13. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem bei der Konfiguration der Maskenstrukturen und der Beleuchtungsverteilung zumindest einer der Beleuchtungseinstellungen thermische Aufheizeffekte in einem Projektionsobjektiv der Projektionsbelichtungsanlage berücksichtigt werden, die innerhalb eines Zeitraums auftreten, in dem die Maske mit der betreffenden Beleuchtungseinstellung belichtet wird.
14. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem die Projektionsbelichtungsanlage auf eine Betriebswellenlänge im EUV- Wellenlängenbereich ausgelegt ist.
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