WO2003046663A2 - Charakterisierung der beleuchtungswinkelverteilung einer projektionsbelichtungs anlage - Google Patents

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Abstract

Zur Bestimmung von mindestens einer Kenngrösse, die für die Beleuchtungswinkelverteilung einer der Beleuchtung eines Gegenstandes dienenden Lichtquelle einer Projektionsbelichtungsanlage, insbesondere für die Mikrolithographie, charakteristisch ist, wird zunächst ein Filterelement (8) in den Bereich einer Pupillenebene einer Beleuchtungsoptik der Projektionsbelichtungsanlage eingebracht (28). Das Filterelement (8) weist eine in zur optischen Achse der Beleuchtungsoptik azimutaler Richtung variierende Filterfunktion auf. Anschliessend wird die Beleuchtungsintensität der Lichtquelle in einer Ebene im Strahlengang nach der Pupillenebene gemessen (29). Das Filterelement (8) wird dann um die optische Achse verdreht (30) und die Beleuchtungsintensität der Lichtquelle erneut vermessen (31). Zuletzt wird die mindestens eine Kenngrösse aus der Filterfunktion, dem Drehwinkel und den gemessenen Beleuchtungsintensitäten errechnet (32). Mit diesem Verfahren lässt sich die Kenngrösse schnell und präzise bestimmen.

Description

Verfahren zum Bestimmen von mindestens einer Kenngröße, die für die Beleuchtungswinkelverteilung einer der Beleuchtung eines Gegenstandes dienenden Lichtquelle einer Projektionsbelichtungsanlage charakteristisch ist
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen von mindestens einer Kenngröße, die für die Beleuchtungswinkelverteilung einer der Beleuchtung eines Gegenstandes dienenden Lichtquelle einer Projektionsbelichtungsanlage, insbesondere für die Mikrolithographie, charakteristisch ist, mit folgenden Verfahrensschritten:
a) Messen der Beleuchtungsintensität der Lichtquelle in einer Ebene im Strahlengang nach einer Pupillenebene der Projektionsbelichtungsanlage;
b) Ändern der Beleuchtungsgeometrie;
c) erneutes Messen der Beleuchtungsintensität der Lichtquelle in einer Ebene im Strahlengang nach der Pupillen- ebene der Projektionsbelichtungsanlage.
Bei der Projektionsbelichtung ist es zum Erzielen eines optimalen Projektionsergebnisses wichtig, daß alle Strukturrichtungen eines zu proj izierenden Objekts, insbeson- dere dessen horizontale und vertikale Strukturen, mit optimalem Kontrast abgebildet werden. Störungen der diesbezüglichen Projektionsqualität können bedingt sein durch eine von einer Vorgabe abweichende, z.B. unsymmetrische, insbesondere astigmatische, Ausleuchtung der Pupil- lenebene der Beleuchtungseinrichtung. Um die Projektionsqualität einer Projektionsbelichtungsanlage bestimmen zu können, ist daher die Bestimmung des Grades der Homogenität . der Ausleuchtung in der Pupil- lenebene der Beleuchtungseinrichtung erforderlich. Diese stellt eine Kenngröße dar, die für die Beleuchtungswinkel- Verteilung der Beleuchtung des zu projizierenden Objekts charakteristisch ist.
Bei einem vom Markt her bekannten Verfahren der eingangs genannten Art wird die Kenngröße dadurch bestimmt, daß die Beleuchtungsgeometrie durch den Einsatz von Blenden im Strahlengang der Lichtquelle geändert wird. Ein derartiges Verfahren ist zeitaufwendig.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Bestimmung der für die Beleuchtungswinkelverteilung der Lichtquelle der Projektionsbelichtungsanlage charakteristischen Kenngröße zu vereinfachen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
d) vor dem Schritt a) ein Filterelement mit in zur optischen Achse einer Beleuchtungsoptik azimutaler Rich- tung variierenden Filterfunktion in den Bereich der
Pupillenebene der Beleuchtungsoptik eingebracht wird;
e) der Schritt b) in einer Verdrehung des Filterelements um die optische Achse besteht;
f) die mindestens eine Kenngröße aus der Filterfunktion, dem Drehwinkel und den gemessenen Beleuchtungsintensitäten errechnet wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren kommt in der einfachsten Ausgestaltung mit einem einzigen Verdrehschritt und zwei integralen Intensitätsmessungen aus. Mit Hilfe dieser Schritte läßt sich die Pupillenasymmetrie bestimmen, welche für die Beleuchtungswinkelverteilung der Lichtquelle charakteristisch ist und eine geeignete
Meßgröße zur Bestimmung von Abweichungen vom Idealfall der Beleuchtung darstellt, der z.B. eine richtungsunabhängige Beleuchtung sein kann.
Ein derartiges Bestimmungsverfahren läßt sich schnell durchführen, was die Einstellung der Projektionsbelichtungsanlage beschleunigt und damit ihren Durchsatz erhöht.
Die Schritte e) und f) können bei mehr als einer verdrehten Position des Filterelements durchgeführt werden.
Je nach den Erfordernissen, die an die Präzision der Bestimmung der Beleuchtungswinkelverteilung gestellt werden, können die Filterfunktion des Filterelements und die Anzahl der Verdrehschritte zur verfeinerten Kenngrößenbestimmung angepaßt werden.
Diese verfeinerte Kenngrößenmessung führt zu einer prä- zisen Bestimmung der Beleuchtungswinkelverteilung, welche für die Projektion von komplexer geformten Objekten vorteilhaft ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen:
Figur 1 eine schematische Übersicht einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie;
Figur 2 einen in Quadranten aufgeteilten Schnitt durch die freie Apertur einer Beleuchtungs- optik der Projektionsbelichtungsanlage in einer Pupillenebene von dieser,-
Figur 3 einen in der Pupillenebene der Figur 2 angeordneten Pupillenfilter;
Figur 4 ein Flußdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen einer Pupillenasymmetrie der Be- leuchtung der Projektionsbelichtungsanlage; und
Figur 5 schematisch die Abhängigkeit einer gemessenen Beleuchtungsintensität in einer Wafer- ebene der Projektionsbelichtungsanlage gemäß
Figur 1 vom Drehwinkel des Pupillenfilters gemäß Figur 3 um die optische Achse der Beleuchtungsoptik .
Eine in Figur 1 insgesamt mit 1 bezeichnete und dort schematisch dargestellte Projektionsbelichtungsanlage dient zur Übertragung einer Struktur von einer Maske 2 auf einen afer 3. Der Grundaufbau von Beleuchtungs- komponenten der Projektionsbelichtungsanlage 1 ist in der DE 195 20 563 AI beschrieben; er wird nachfolgend anhand der Figur 1 nur so weit erläutert, wie dies zum Verständnis der vorliegenden Erfindung erforderlich ist. Wegen Einzelheiten wird auf die DE 195 20 563 AI verwiesen.
Den Beleuchtungskomponenten der Figur 1 ist eine nicht dargestellte Lichtquelle, z.B. ein Laser, vorgeschaltet, welche ein Projektionslichtbündel emittiert, das in Figur 1 durch einen Pfeil 4 angedeutet ist. Zur Formung des Projektionslichtbündels 4 dient zunächst ein Beleuch- tungsobjektiv 5. Dieses weist eine Mehrzahl optischer Komponenten auf, von denen in Figur 1 zwei bikonvexe Linsen 6, 7 beispielhaft dargestellt sind.
In einer Pupillenebene des Beleuchtungsobjektivs 5 ist ein in Fig. 1 durch eine punktierte Linie angedeuteter Pupillenfilter 8 angeordnet, der über ein schematisch angedeutetes Gestänge 9 mit einem Aktuator 10 verbunden ist, so daß der Pupillen ilter 8 motorisch um die optische Achse des Beleuchtungsobjektivs 5 verdrehbar ist, wie dies durch einen Pfeil 11 angedeutet ist . Ausgehend von einer vorgegebenen Anfangsorientierung des Pupillenfilters 8 wird die Verdrehung durch einen Drehwinkel charakterisiert .
Eine die Abbildungsqualität des Beleuchtungsobjektivs 5 charakterisierende Kenngröße ist die Pupillenasymmetrie e innerhalb des Beleuchtungsobjektivs 5. Zur Definition dieser Pupillenasymmetrie e wird die vom Projektions- lichtbündel 4 durchtretene Pupillenebene des Beleuchtungs- Objektivs 5 in vier Quadranten aufgeteilt (vgl. Figur 2) . In Figur 2 wird die Pupillenebene von dem karte- sischen Koordinatensystem der Projektionsbelichtungsanlage mit den Achsen x, y aufgespannt. Die Quadrantenaufteilung der Pupillenebene erfolgt so, daß die Quadranten von der x- bzw. der y-Achse jeweils in zwei gleich große Sektoren halbiert werden. Die beiden von der x-Achse halbierten Quadranten H werden nachfolgend als Horizontal-Quadranten und die von der y-Achse halbierten Quadranten V als Vertikal-Quadranten bezeichnet. Die Pupillenasymmetrie e ist definiert als das Verhältnis der Intensitäten der durch die Horizontal-Quadranten H und die Vertikal-Quadranten V tretenden Anteile des Projektionslichtbündels 4. Dies läßt sich schreiben als : e = I (H) / KV)
( 1 )
Die Filterfunktion des Pupillenfilters 8 veranschaulicht Figur 3 : Der Pupillenfilter 8. ist seinerseits in vier Quadranten aufgeteilt, wobei die beiden in der Figur 3 einander gegenüberliegenden oben- und untenliegenden Transmissionsquadranten 12, 13 die auf sie auftreffenden Anteile des Projektionslichtbündels 4 praktisch vollständig durchlassen, also eine Transmission im Bereich von 100% aufweisen. Die beiden verbleibenden einander gegenüberliegenden in Figur 3 rechts- und linksliegenden Schwächungs- quadranten 14, 15 haben für die auf sie auftreffenden Anteile des Projektionslichtbündels 4 eine Transmission im Bereich von 90%. Der Pupillenfilter 8 hat damit eine in zur optischen Achse der Beleuchtungsoptik azimutaler Richtung variierende Filterfunktion. Die Schwächungsquadranten können als Graufilterbereiche oder als teilreflektierende Bereiche ausgeführt sein.
Nach dem Durchtritt durch das Beleuchtungsobjektiv 5 wird das Projektionslichtbündel 4 von einem planen Umlenkspiegel 16 (vgl. Figur 1) um 90 umgelenkt und mittels einer nicht dargestellten Einkoppeloptik in die in Fi- gur 1 linke Stirnseite einer Glasstabanordnung 17 eingekoppelt. Die Glasstabanordnung 17 dient zur Homogenisierung des Projektionslichtbündels 4, wie dies z.B. in der DE 195 20 563 AI beschrieben ist. Nach dem Durchtreten der Glasstabanordnung 17 tritt das Projektions- lichtbündel 4 in ein nachgeschaltetes Objektiv 18 ein und wird von einem in diesem enthaltenen Umlenkspiegel 19 zur Beleuchtung des Retikels 2 auf dieses um 90 umgelenkt.
Eine Projektionsoptik 20, die ebenfalls eine Mehrzahl optischer Komponenten enthält, von denen in Figur 1 schematisch zwei bikonvexe Linsen 21, 22 dargestellt sind, bildet die Maske 2 auf den Wafer 3 ab.
In der Ebene des Wafers 3 angeordnet und dort in zwei aufeinander senkrecht stehenden Richtungen verschiebbar (vgl. Pfeile 23, 24 in Figur 1) ist in der in Fig. 1 dargestellten Meßkonfiguration der Projektionsbelichtungsanlage 1 ein Intensitätsdetektor 25. Dieser ist über eine Signalleitung 26 mit einem Rechner 27 verbunden. Die Ver- Schiebung des Intensitätsdetektors 25 erlaubt ortsaufgelöste Messungen.
Ein Verfahren zum Bestimmen der Pupillenasymmetrie e als Beispiel einer die Beleuchtungswinkelverteilung des Projektionslichtbündels 4 in der Ebene des Wafers 3 charakterisierenden Kenngröße wird nun anhand von Figur 4 beschrieben:
Zunächst wird in einem Vorbereitungsschritt 28 der Pu- pillenfilter 8 in das Beleuchtungsobjektiv 5 eingesetzt und über das Gestänge 9 mit dem Aktuator 10 verbunden. Der Pupillenfilter 8 kann auch permanent im Beleuchtungsobjektiv 5 vorliegen. In einer ersten Meßposition des Pupillenfilters 8, in der die Transmissions- quadranten 12, 13 so ausgerichtet sind, daß sie die Vertikal-Quadranten V vollständig überdecken, erfolgt anschließend eine Messung der integralen Beleuchtungsintensität des Projektionslichtbündels 4 in der Waferebene mittels des Intensitätsdetektors 25. Dies geschieht in einem Meßschritt 29.
Die im Meßschritt 29 gemessene integrale Beleuchtungsintensität I läßt sich folgendermaßen ausdrücken: I 1 = T ( TQ) I (V) + T ( SQ) I (H)
[ 2 )
Hierbei sind I (V) , I (H) die im Zusammenhang mit der Formel (1) definierten Intensitätsanteile in der Pupillenebene des Beleuchtungsobjektivs 5. T(TQ) ist die Transmission der Transmissionsquadranten 12, 13. T(SQ) ist die Transmission der Schwächungsquadranten 14, 15.
In einem Verdrehungsschritt 30 wird anschließend durch Betätigen des Aktuators 10 der Pupillenfilter 8 um die optische Achse des Beleuchtungsobjektivs 5 um 90 gedreht. In dieser Stellung des Pupillenfilters 8 erfolgt in einem Meßschritt 31 eine weitere Messung der integra- len Beleuchtungsintensität des Projektionslichtbündels 4 in der Waferebene mit Hilfe des Intensitätsdetektors 25. Diese zweite Beleuchtungsintensität, K, läßt sich schreiben als :
I2 = T(SQ) I(V) + T(TQ) I(H)
(3)
Aus den Meßwerten I , I„ wird anschließend in einem Auswertungs-/Berechnungsschritt 32 die Pupillenasymmetrie e berechnet. Als Zwischengrößen ergeben sich hierbei:
I(H) = (T(SQ) I1 - T(TQ) I2) / (T(SQ)2 - T(TQ)2)
und
KV) (T(SQ) I - T(TQ) V / (T(SQ) T(TQP)
(5)
Durch Einsetzen in (1) ergibt sich die Pupillenasymme- trie e .
Die Pupillenasymmetrie e ist ein direktes Maß für die Beleuchtungswinkelverteilung des Projektionslichtbündels 4 in der Waferebene.
Das geschilderte Bestimmungsverfahren kann durch mehrfaches Messen der integralen Beleuchtungsintensität in der Waferebene bei verschiedenen Meßpositionen des Pupillenfilters 8 weiter verfeinert werden. Beispielsweise kann die Pupillenasymmetrie e nicht nur bezüglich eines laborfesten Koordinatensystems (vgl . Koordinatensystem xy in Figur 2) bestimmt werden, sondern es kann das gegebenenfalls gegenüber dem laborfesten System verdrehte Koordinatensystem x'y' bestimmt werden, in dem die Pupillenasymmetrie e am stärksten vom Wert 1 abweicht .
Ein Verfahren hierzu wird nachfolgend anhand von Fig.
5 erläutert. Verfahrensschritte bzw. Komponenten der Projektionsbelichtungsanlage, die denjenigen entsprechen, die schon unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 4 beschrieben wurden, tragen um 100 erhöhte Bezugszeichen und werden nicht nochmals im Einzelnen erläutert.
Der Pupillenfilter 108 wird beim Verfahren gemäß Fig. 5 im Verdrehungsschritt 130 nicht um 90 gedreht, sondern zunächst in eine erste einer Mehrzahl von inkrementellen Meßpositionen gedreht, die sich um einen kleineren Drehwinkel, z.B. 10 , unterscheiden. Das Anfahren der einzel- nen Meßpositionen des Pupillenfilters 108 und die integrale Messung der Beleuchtungsintensität in jeder Meßposition erfolgt durch mehrfaches Durchlaufen der Schritte 130 und 131, wobei die in jeder Meßposition gemessene integrale Beleuchtungsintensität in einem Speicherschritt 135 zwischengespeichert wird. Dieser mehrfache Durchlauf ist durch den Pfeil 133 in Figur 5 dargestellt.
Ein Ergebnis einer derartigen Meßsequenz ist schematisch in Figur 6 gezeigt . Dort ist die mit dem Intensitätsdetek- tor 125 gemessene integrale Beleuchtungsintensität I abhängig vom Drehwinkel Φ des Pupillenfilters 108 dargestellt. Auf Grund der Spiegelsymmetrie der Filterfunktion des Pupillenfilters 108 genügt eine Drehung in einem Winkelbereich von Φ zwischen 0 und 180 . Die durchgezogene Linie im I/Φ-Diagramm der Figur 6 stellt ein idealisiertes Meßergebnis dar, welches nach den Speicherschritten 135 zwischengespeichert vorliegt .
Im Zuge eines in diesem Falle erweiterten Auswertungs-/ Berechnungsschritts 132 werden das Maximum I sowie das Minimum I„ der I/Φ-Meßkurve sowie die zugehörigen Winkelpositionen Φ , Φ? bestimmt. Aus diesen Extremwerten sowie den zugehörigen Winkelpositionen läßt sich nicht nur die maximale Pupillenasymmetrie e , sondern auch die Winkellage der entsprechenden Quadranten H' , V in der Pupillenebene mit minimaler und maximaler durchtretender Beleuchtungsintensität im durch die Winkelpositionen Φ , Φ„ definierten Koordinatensystem x1, y' bestimmen.
Die Quadrantenaufteilung der Pupillenfilters 8, 108 führt zu einer einfachen Bestimmung der Pupillenasymmetrie e, wie oben dargestellt. Soll die Intensitätsverteilung des Projektionslichtbündels 4 in der Pupillenebene des Beleuchtungsobjektivs 5 detaillierter, z.B. unter Verwendung einer im Rahmen der Diskussion der Figuren 5 und 6 erläuterten Meßsequenz ermittelt werden, kann der Pupillenfilter 8, 108 auch eine andere Filterfunktion aufweisen. Die Transmissionsbereiche (vgl. Transmissionssquadranten 12, 13) können beispielsweise als Transmissionssektoren mit von 90 verschiedenem Sektorwinkel, z.B. einem kleineren Sektorwinkel, bzw. mit einer von vier verschiedenen Sektoranzahl ausgeführt sein. Weitere Details der Intensitätsverteilung des Projektionslichtbündels 4 in der Pupillenebene des Beleuchtungsobjektivs 5 können mit entsprechend angepaßten Algorithmen im Berechnungsschritt 32, 132 durch eine Filterfunktion des Pupillenfilters 8, 108 mit radialer Abhängigkeit der Transmission vermessen werden.
Es versteht sich, daß die Transmissionswerte in den
Transmissionsquadranten 12, 13 einerseits und den Schwächungsquadranten 14, 15 andererseits auch andere Werte als 100% bzw. 90% einnehmen können. Entscheidend ist, daß sich die Transmissionen in den Transmissionsquadran- ten 12, 13 einerseits und den Schwächungsquadranten
14, 15 andererseits ausreichend zur Kenngrößenbestimmung unterscheiden .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Bestimmen von mindestens einer Kenngröße, die für die Beleuchtungswinkelverteilung einer der Beleuchtung eines Gegenstandes dienenden Lichtquelle einer Projektionsbelichtungsanlage, insbesondere für die Mikrolithographie, charakteristisch ist, mit folgenden Verfahrensschritten:
a) Messen der Beleuchtungsintensität der Lichtquelle in einer Ebene im Strahlengang nach einer Pupillenebene der Projektionsbelichtungsanlage;
b) Ändern der Beleuchtungsgeometrie;
c) erneutes Messen der Beleuchtungsintensität der Licht- quelle in einer Ebene im Strahlengang nach der Pupillenebene der Projektionsbelichtungsanlage;
dadurch gekennzeichnet, daß
d) vor dem Schritt a) (29; 129) ein Filterelement (8; 108) mit in zur optischen Achse einer Beleuchtungsoptik (5) azimutaler Richtung variierender Filterfunktion (12, 13, 14, 15) in den Bereich der Pupillenebene der Beleuchtungsoptik (5) eingebracht wird;
e) der Schritt b) in einer Verdrehung (30; 130) des Filterelements (8; 108) um die optische Achse besteht;
f) die mindestens eine Kenngröße (e) aus der Filter- funktion (12, 13, 14, 15), dem Drehwinkel (Φ) und den gemessenen Beleuchtungsintensitäten (I , I„) errechnet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schritte e) (130) und f) (132) bei mehr als einer verdrehten Position des Filterelements (108) durchgeführt werden.
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