WO2018010887A1 - Verfahren zur mikrolithographischen herstellung mikrostrukturierter bauelemente, sowie mikrolithographische projektionsbelichtungsanlage - Google Patents

Verfahren zur mikrolithographischen herstellung mikrostrukturierter bauelemente, sowie mikrolithographische projektionsbelichtungsanlage Download PDF

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microlithographic
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Thomas Korb
Markus DEGÜNTHER
Jörg ZIMMERMANN
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    • G03F9/7003—Alignment type or strategy, e.g. leveling, global alignment
    • G03F9/7046—Strategy, e.g. mark, sensor or wavelength selection

Definitions

  • the invention relates to a method for the microlithographic production of microstructured components and to a microlithographic projection exposure apparatus.
  • Microlithography is used to fabricate microstructured devices such as integrated circuits or LCDs.
  • the microlithography process is carried out in a so-called projection exposure apparatus, which has an illumination device and a projection objective.
  • a substrate eg a silicon wafer
  • photosensitive layer photoresist
  • Fig. 3a-b The illumination pupil with the two poles A and B of a dipole illumination is shown on the left in each case: If useful structures "P" are illuminated with it, the exit pupil is shown in Figs 3a shows the light distribution shown on the right by folding the illumination pupil with the diffraction orders of the useful structure "P.” In FIG. 3b the resulting light distribution in the exit pupil is shown on the right when the marker structures "0" are illuminated with the same illumination pupil.
  • FIGS. 5a-c The influence of the abovementioned aberrations is illustrated in FIGS. 5a-c, wherein the dashed line in FIGS. 5a and 5b is intended to indicate the section through a wave front aberration.
  • Coherence exists only with respect to the light beams of Pol A with each other and the light beams of Pol B with each other.
  • the offset of an imaged structure results essentially from the gradient of the wavefront sampled by the mutually coherent diffraction orders.
  • the diffraction orders B 0 and B_i of the useful structures "P" scan the gradient indicated by dotted lines in Fig. 5a, which leads to the offset P * shown in Fig. 5c.
  • the zeroth diffraction order B 0 which (-) 1) -th diffraction order B_i and the (-2) - th diffraction order B -2 of the marker structures "O" of FIG. 5b from a larger gradient, which leads to a marked in Fig. 5c with O * offset, which differs from the differs with P * .
  • Approaches for overcoming the problem described above include, for example, the electron microscopic examination of finished produced wafers, which, however, results in their destruction and also allows correction only at comparatively large time intervals (eg one or more days) and only for each successively processed wafer.
  • a method according to the invention for the microlithographic production of microstructured components comprises the following steps on:
  • each of these offset values respectively characterizes an offset between a marker structure image and a user structure image generated by the projection objective at the relevant point in time
  • the invention is based in particular on the concept, starting from the principle of lithographic printing of both Nationalband Marker/2. Auxiliary structures and based on this optimization of the arrangement or alignment of the Nutz Scheme generated in the individual lithography steps to minimize unwanted Lateralversatzes each perform a time-resolved calculation of wavefront errors of the imaging optics and the resulting additional information then in the alignment of the individual layers in the lithographic process in order to minimize overlay errors in the utility structures of different layers.
  • the invention does not pursue the goal of optimally or "offset-free" imaging of the marker structures themselves, and thus does not require any adaptation of the illumination system in this respect.
  • the invention consciously accepts an increased expenditure in that the respective relevant information of the offset values of the individual marker structure images relative to the user structure images is captured in suitable data logistics and must be processed accordingly in the layered structure of the component to be manufactured in the lithography process.
  • the advantage is achieved that the individual parameters of the lithographic process (in particular the choice of the respective illumination setting and the reticle parameters) can be optimized solely with regard to the useful structures, with the result that a more stable microlithographic production process with "larger process window" and less Committee can be realized during production.
  • Another advantage of the invention is that, for example, compared to the (e.g., electron microscopic) examination of finished wafers, the influence of dynamic wavefront changes or aberrations, e.g. as a result of the heating of optical components (so-called lens heating) can be taken into account much faster and at any time during the individual lithography steps an immediate consideration of the offset values caused by said aberrations with regard to the marker structure images while minimizing overlay
  • the method according to the invention works non-destructively and also increases the throughput achieved in the production of the microstructured components.
  • the determination of the plurality of offset values takes place at least partially on the basis of a measurement of the wavefront aberration at different times. In this case, determination of values of the wavefront aberration between these points in time can be carried out by interpolation.
  • the illumination of the user structures located on the mask and the marker structures located on the mask take place by setting a dipole illumination setting.
  • the illumination of the useful structures located on the mask and of the marker structures located on the mask takes place while setting a lighting setting which has a plurality of dipoles.
  • dipoles are defined as regions in a pupil plane which are arranged symmetrically to the center of the pupil plane.
  • the illumination of the useful structures located on the mask and the marker structures located on the mask is achieved by setting a lighting setting in which at least 90% of the total intensity is outside a circle with the radius 0.7 * NA, in particular outside a circle with the radius 0.8 * NA, more particularly located outside of a circle of radius 0.9 * NA where NA denotes the numerical aperture of the illuminator.
  • a lighting setting in which at least 90% of the total intensity is outside a circle with the radius 0.7 * NA, in particular outside a circle with the radius 0.8 * NA, more particularly located outside of a circle of radius 0.9 * NA where NA denotes the numerical aperture of the illuminator.
  • the invention further relates to a microlithographic Strionsbelichtungs- anläge, with
  • an illumination device and a projection objective the illumination device illuminating useful structures located on a mask and marker structures located on the mask during operation of the projection exposure apparatus, and the projection objective illuminating these useful structures and marker structures with a photoresist
  • a device for the time-resolved determination of wavefront aberrations of the projection objective a device for determining offset values between marker texture images and user texture images from the determined wavefront aberrations
  • a control device for controlling the positioning of the Nutz Scheme in subsequent lithography steps on the basis of these offset values.
  • time-resolved determination also includes a determination at different discrete points in time (i.e., not necessarily a time-continuous determination).
  • the device for the time-resolved determination of wavefront aberrations has a measuring device for measuring wavefront aberrations of the projection objective.
  • the device for the time-resolved determination of wavefront aberrations has a prediction device for modeling based prediction of wavefront aberrations of the projection lens.
  • the means for determining offset values is designed to assign an individual offset value to each of these marker structure images for a plurality of marker structure images.
  • the marker structure images, to each of which an individual offset value is assigned are located on one and the same wafer.
  • control device is designed to take into account the individual offset values in the control of the positioning of the user structure images in subsequent lithography steps.
  • the microlithographic projection exposure apparatus is designed to carry out a method with the features described above. Further embodiments of the invention are described in the description and the dependent claims.
  • FIG. 1 a is a flowchart for explaining the possible sequence of a method according to the invention in one embodiment
  • Figure 1 bc are schematic representations for further explanation of the method according to the invention
  • Figs. 2-5 are schematic diagrams for explaining a problem underlying the present invention.
  • FIG. 1 a a possible embodiment of the method according to the invention will first be described with reference to the flowchart shown in FIG. 1 a.
  • user structures located on a mask and marker structures located on the mask are illuminated with a lighting device of a microlithographic projection exposure apparatus and imaged with a projection objective of the projection exposure apparatus onto a wafer provided with a photoresist to generate corresponding marker structure images and user structure images.
  • the time-resolved calculation of wavefront errors of the projection objective takes place in a step S10.
  • This calculation is done in a manner known per se as well as model-based, whereby e.g. to the publication Y. Ohmura et al .: "An aberration control of projection optics for multi-patterning lithography", Optical Microlithography XXIV, edited by Azure V. Dusa, Proc
  • the heating of the projection objective in lithography mode as well as a modification of the wavefront effected thereby can be predicted over time by the relevant model.
  • This temporal information can, in turn, be translated into a location-dependent correction on the wafer by virtue of the shift (offset) resulting from the respective wavefront error between marker and user structure images it is calculated at which point in time the relevant wafer area reached the exposure field of the projection exposure apparatus during the lithographic process.
  • the invention therefore, to account for the offset values caused by aberration-induced wavefront changes in the imaging of the marker structures, neither a change in the wave fronts themselves (for example by a modification of the structures to be imaged on the mask) nor an adaptation of the illumination setting. Rather, instead, a calculation of the relevant values of the - as such accepted - offset between marker and user structure images and a corresponding correction takes place.
  • Fig. 1 bc a possible configuration of the mask 10, projection lens and wafer 20 is indicated at different times, wherein Fig. 1 b shows the section through a wavefront aberration 16 in a pupil plane 15 at a time ti and Fig. 1 c is the section through a Wavefront aberration 17 at a later time t N indicates.
  • the different wavefront aberrations now lead, as already explained with reference to FIGS. 5a to 5c, to different offset values between the user and marker structure images.
  • the wafer 20 moves under the projection lens, for example, as indicated in Fig. 1 bc meandering.
  • the structures in an exposure field 21 according to FIG. 1 b experience a different offset than the structures in an exposure field 22 according to FIG. 1 c at time t 1 at the time t N.
  • the temporal aberration has translated into a spatial course of the offset between user and marker structure image.
  • the invention includes an individualization with regard to the individual marker structures, since the wavefront aberration that acts individually for each of the marker structures or the resulting offset in the alignment of the useful structures is correspondingly taken into account.
  • step S20 both useful and auxiliary structures are printed in the respectively current (nth) lithography step.
  • step S30 the allocation of an offset value to each of the marker structure images takes place based on the calculated wavefront errors, the respective offset value characterizing the offset between the respective marker structure image and a user structure image.
  • step S40 the lithographic printing of the useful and auxiliary structures takes place in the following, (n + 1) -th lithographic step taking into account these offset values, whereby the useful structures in the optimal case without (or only with a desired) offset from those in the previous Lithographie Marin printed Nutz Scheme be generated.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur mikrolithographischen Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente sowie eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage. Bei einem Verfahren zur mikrolithographischen Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente werden auf einer Maske befindliche Nutzstrukturen und auf der Maske befindliche Markerstrukturen mit einer Beleuchtungseinrichtung beleuchtet und mit einem Projektionsobjektiv auf einen mit einem Photoresist versehenen Wafer unter Erzeugung entsprechender Markerstrukturbilder und Nutzstrukturbilder abgebildet. Ein erfindungsgemäßes Verfahren weist folgende Schritte auf: Ermitteln einer Mehrzahl von jeweils unterschiedlichen Zeitpunkten zugeordneten Versatzwerten, wobei jeder dieser Versatzwerte jeweils einen zu dem betreffenden Zeitpunkt durch das Projektionsobjektiv erzeugten Versatz zwischen einem Markerstrukturbild und einem Nutzstrukturbild charakterisiert, und Positionieren der Nutzstrukturbilder in aufeinanderfolgenden Lithographieschritten relativ zueinander auf Basis dieser Versatzwerte.

Description

Verfahren zur mikrolithographischen Herstellung
mikrostrukturierter Bauelemente,
sowie mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der Deutschen Patent- anmeldung DE 10 2016 212 959.7, angemeldet am 15. Juli 2016. Der Inhalt dieser DE-Anmeldung wird durch Bezugnahme („incorporation by reference") mit in den vorliegenden Anmeldungstext aufgenommen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur mikrolithographischen Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente sowie eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage.
Stand der Technik
Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise oder LCD's, angewendet. Der Mikro- lithographieprozess wird in einer sogenannten Projektionsbelichtungsanlage durchgeführt, welche eine Beleuchtungseinrichtung und ein Projektionsobjektiv aufweist. Das Bild einer mittels der Beleuchtungseinrichtung beleuchteten
Maske (= Retikel) wird hierbei mittels des Projektionsobjektivs auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes und in der Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnetes Substrat (z.B. ein Siliziumwafer) proji- ziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen.
Um während des Lithographieprozesses beim schichtweisen Aufbau der mikrostrukturierten Bauelemente die jeweils aufeinanderfolgenden Schichten korrekt zueinander auszurichten, ist es bekannt, zusätzlich zu den eigentlichen Nutzstrukturen sogenannte Markerstrukturen auf dem Retikel vorzusehen, welche ebenso wie die Nutzstrukturen auf jeden der einzelnen„Dies" des Wafers abgebildet werden. Um diese Hilfs- bzw. Markerstrukturen einer einfachen Messtechnik zugänglich zu machen, werden diese typischerweise wesentlich grober bzw. mit größerem Linienabstand ausgestaltet als die Nutzstrukturen. Fig. 2 veranschaulicht dies in einer lediglich schematischen Darstellung, wobei eine vergleichsweise dichte Linien aufweisende Nutzstruktur mit„P" und eine vergleichsweise gröbere (d.h. einen größeren Abstand, vom Fachmann als„pitch" bezeichnet, angeordnete Linien aufweisende) Markerstruktur mit„0" bezeichnet ist.
Der vorstehend beschriebene Unterschied in der Größenordnung des„pitches" zwischen den Markerstrukturen und den eigentlichen Nutzstrukturen hat bei Verwendung üblicher Beleuchtungssettings wie z. B. Dipol- Beleuchtungssettings zur Folge, dass die bei der jeweiligen Abbildung durch die jeweiligen Strukturen auf der Maske erzeugten Beugungsordnungen unterschiedliche Bereiche der Austrittspupille in der Projektionsoptik durchlaufen. Dieser Umstand ist in Fig. 3a-b veranschaulicht. Gezeigt ist jeweils links die Beleuchtungspupille mit den beiden Polen A und B einer Dipolbeleuchtung. Werden Nutzstrukturen„P" damit beleuchtet, so ergibt sich in der Austrittspupille die in Fig. 3a rechts gezeigte Lichtverteilung durch Faltung der Beleuchtungspupille mit den Beugungsordnungen der Nutzstruktur„P". In Fig. 3b ist rechts die entstehende Lichtverteilung in der Austrittspupille gezeigt, wenn mit derselben Beleuchtungspupille die Markerstrukturen „0" beleuchtet werden. Mit A0, Ai und A2 sowie B0, B_i und B-2 sind die jeweiligen Beugungsbilder in der Pupille der Projektionsoptik für die betreffende Beugungsordnung bezeichnet. Im Falle einer idealen (d.h. keinerlei Aberrationen aufweisenden) Projektionsoptik werden sowohl Nutz- als auch Markerstrukturen korrekt auf den Wafer abgebildet.
Ein in der Praxis auftretendes Problem ist jedoch, dass in einer realen Projekti- ons- bzw. Abbildungsoptik vorhandene Aberrationen (z.B. aufgrund von Ferti- gungs- oder Justagefehlern der einzelnen optischen Komponenten als statische Einflüsse oder aufgrund von Erwärmung der optischen Komponenten oder anderweitigen Umgebungseinflüssen als dynamische Effekte) sich infolge der vorstehend beschriebenen unterschiedlichen Lage der für die Nutz- bzw. Markerstrukturen entsprechend den einzelnen Beugungsordnungen erzielten Beugungsbilder unterschiedlich auswirken (da gewissermaßen die jeweilige Wellenfront von den betreffenden Beugungsordnungen, welche von den Nutzbzw. Markerstrukturen erzeugt werden, an unterschiedlichen Stellen „abgefragt" wird). Dies hat wiederum - wie in Fig. 4 schematisch dargestellt ist - eine Verschiebung der auf Waferebene für die Marker- bzw. Nutzstrukturen jeweils erhaltenen Teilbilder zueinander zur Folge. Eine in der Praxis sodann erfolgende Ausrichtung der einzelnen im Lithographieprozess aufgebauten Schichten an den Markerstrukturen führt infolgedessen zu einer Fehlausrichtung der Nutzstrukturen und damit zu einem letztlich fehlerhaften Bauelement.
Der Einfluss der o.g. Aberrationen ist in Fig. 5a-c veranschaulicht, wobei die gestrichelte Linie in Fig. 5a und Fig. 5b jeweils den Schnitt durch eine Wellen- frontaberration andeuten soll. Kohärenz besteht nur hinsichtlich der Lichtstrahlen von Pol A untereinander sowie der Lichtstrahlen von Pol B untereinander. Der Versatz einer abgebildeten Struktur ergibt sich im Wesentlichen durch den durch die zueinander kohärenten Beugungsordnungen abgetasteten Gradienten der Wellenfront. Gemäß Fig. 5a tasten die Beugungsordnungen B0 und B_i der Nutzstrukturen„P" den in Fig. 5a gepunktet angedeuteten Gradienten ab, was zu dem in Fig. 5c eingezeichneten Versatz P* führt. Demgegenüber tasten die nullte Beugungsordnung B0, die (-1 )-te Beugungsordnung B_i und die (-2)- te Beugungsordnung B-2 der Markerstrukturen„O" gemäß Fig. 5b einen größeren Gradienten ab, was zu einem in Fig. 5c mit O* gekennzeichneten Versatz führt, der sich von dem mit P* bezeichneten Versatz unterscheidet. Ansätze zur Überwindung des vorstehend beschriebenen Problems beinhalten z.B. die elektronenmikroskopische Untersuchung fertig produzierter Wafer, welche jedoch deren Zerstörung zur Folge hat und zudem eine Korrektur nur in vergleichsweise großen Zeitabständen (von z.B. einem oder mehreren Tagen) und nur für jeweils nachfolgend prozessierte Wafer ermöglicht.
Weitere Ansätze basieren auf einer Verringerung des vorstehend beschriebenen Versatzes der jeweiligen Teilbilder von Hilfs- und Nutzstrukturen durch An- passungen des verwendeten Beleuchtungssettings und/oder des Retikels, was jedoch letztlich eine Abweichung von den für die jeweiligen Nutzstrukturen optimalen Prozessparameter und damit im Ergebnis einen erhöhten Ausschuss bei der mikrolithographischen Produktion zur Folge hat. Zum Stand der Technik wird lediglich beispielhaft auf James C. Wyant et al., „Basic Wavefront Aberration Theory for Optical Metrology", Chapter 1, Optical Sciences Center, University of Arizona und WYKO Corporation, Tucson, Arizona, Applied Optics and Optical Engineering, Vol. XI, Seiten 1-53, 1992 sowie Young Seog Kang et al.,„Solution for high-order distortion on extreme illumina- tion condition using computational prediction method", Optical Microlithography XXVIII, Proc. of SPIE Vol. 9426, Seiten 942608-1 bis 942608- 10 verwiesen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Vor dem obigen Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur mikrolithographischen Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente sowie eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage bereitzustellen, welche eine möglichst präzise Erzeugung eines schichtweisen Auf- baus der jeweiligen Bauelemente mit erhöhtem Durchsatz und unter Vermeidung oder Reduzierung der vorstehend beschriebenen Probleme ermöglichen. Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 bzw. die Projektionsbelichtungsanlage gemäß den Merkmalen des nebengeordneten Patentanspruchs 8 gelöst. Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur mikrolithographischen Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wobei auf einer Maske befindliche Nutzstrukturen und auf der Maske befindliche Markerstrukturen mit einer Beleuchtungseinrichtung beleuchtet und mit einem Projektionsobjektiv auf einen mit einem Photo- resist versehenen Wafer unter Erzeugung entsprechender Markerstrukturbilder und Nutzstrukturbilder abgebildet werden, weist folgende Schritte auf:
- Ermitteln einer Mehrzahl von jeweils unterschiedlichen Zeitpunkten zugeordneten Versatzwerten, wobei jeder dieser Versatzwerte jeweils einen zu dem betreffenden Zeitpunkt durch das Projektionsobjektiv erzeugten Versatz zwischen einem Markerstrukturbild und einem Nutzstrukturbild charakterisiert; und
- Positionieren der Nutzstrukturbilder in aufeinanderfolgenden Lithographieschritten relativ zueinander auf Basis dieser Versatzwerte
Der Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, ausgehend von dem Prinzip des lithographischen Druckens sowohl von Nutz- als auch von Markerbzw. Hilfsstrukturen und einer darauf basierten Optimierung der Anordnung bzw. Ausrichtung der in den einzelnen Lithographieschritten erzeugten Nutzstrukturbilder zwecks Minimierung eines unerwünschten Lateralversatzes jeweils eine zeitaufgelöste Berechnung von Wellenfrontfehlern der Abbil- dungsoptik vorzunehmen und die hieraus resultierende, zusätzliche Information dann bei der Ausrichtung der einzelnen Schichten im Lithographieprozess zwecks Minimierung von Overlay-Fehlern der Nutzstrukturen verschiedener Schichten zueinander zu verwenden. Mit anderen Worten verfolgt die Erfindung nicht das Ziel einer möglichst optimalen bzw. „versatzlosen" Abbildung der Markerstrukturen selbst - und benötigt somit auch keine diesbezügliche Anpassung des Beleuchtungs- settings oder des Retikels - sondern akzeptiert vielmehr den jeweiligen Versatz der Markerstrukturen unabhängig von dessen Größe, solange noch überhaupt eine Abbildung der Markerstrukturen auf den Wafer stattfindet. Dabei nimmt die Erfindung bewusst einen erhöhten Aufwand dahingehend in Kauf, dass die jeweilige relevante Information der Versatzwerte der einzelnen Markerstrukturbilder relativ zu den Nutzstrukturbildern in einer geeigneten Datenlogistik erfasst und bei dem schichtweisen Aufbau des im Lithogra- phieprozess zu fertigenden Bauelements entsprechend verarbeitet werden muss. Im Gegenzug wird jedoch erfindungsgemäß insbesondere der Vorteil erzielt, dass die einzelnen Parameter des Lithographieprozesses (insbesondere die Wahl des jeweiligen Beleuchtungssettings sowie der Retikelparameter) allein hinsichtlich der Nutzstrukturen optimiert werden können mit der Folge, dass ein stabilerer mikrolithographischer Herstellungsprozess mit„größerem Prozessfenster" sowie geringerem Ausschuss bei der Produktion realisiert werden kann.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass etwa im Vergleich zur (z.B. elektronenmikroskopischen) Untersuchung fertig hergestellter Wafer der Einfluss dynamischer Wellenfrontveränderungen bzw. Aberrationen z.B. infolge der Erwärmung optischer Komponenten (sogenanntes„Lens Heating") deutlich schneller (d.h. auf wesentlich kürzerer Zeitskala) berücksichtigt werden kann und somit jederzeit während der einzelnen Lithographieschritte eine umgehende Berücksichtigung der durch besagte Aberrationen hervorgerufenen Ver- satzwerte hinsichtlich der Markerstrukturbilder unter Minimierung von Overlay-
Fehlern hinsichtlich der Nutzstrukturbilder erfolgen kann. Dieser Umstand kommt insbesondere bei einem Wechsel des Beleuchtungssettings vorteilhaft zum Tragen, da die mit einem solchen Wechsel einhergehende Änderung der Maschinendynamik der Projektionsbelichtungsanlage hinsichtlich ihres Einflus- ses auf den Versatz der Markerstrukturbilder umgehend berücksichtigt werden kann (was mit einer in größeren zeitlichen Abständen erfolgenden elektronenmikroskopischen Waferuntersuchung nicht möglich wäre). Nicht zuletzt arbeitet das erfindungsgemäße Verfahren zerstörungsfrei und erhöht auch insoweit den letztlich erzielten Durchsatz bei der Produktion der mikrostrukturierten Bauelemente. Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Ermitteln der Mehrzahl von Versatzwerten zumindest teilweise auf Basis einer Messung der Wellenfrontaber- ration zu unterschiedlichen Zeitpunkten. Dabei kann weiter eine Ermittlung von Werten der Wellenfrontaberration zwischen diesen Zeitpunkten durch Interpolation erfolgen.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt die Beleuchtung der auf der Maske befindlichen Nutzstrukturen und der auf der Maske befindlichen Markerstrukturen unter Einstellung eines Dipol-Beleuchtungssettings. Gemäß einer Ausführungsform erfolgt die Beleuchtung der auf der Maske befindlichen Nutzstrukturen und der auf der Maske befindlichen Markerstrukturen unter Einstellung eines Beleuchtungssettings, welches eine Mehrzahl von Dipolen aufweist. Dabei werden unter Dipolen abgegrenzte Bereiche in einer Pupillenebene verstanden, welche symmetrisch zur Mitte der Pupillenebene angeordnet sind.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt die Beleuchtung der auf der Maske befindlichen Nutzstrukturen und der auf der Maske befindlichen Markerstrukturen unter Einstellung eines Beleuchtungssettings, bei welchem sich wenigstens 90% der Gesamtintensität außerhalb eines Kreises mit dem Radius 0.7*NA, insbesondere außerhalb eines Kreises mit dem Radius 0.8*NA, weiter insbesondere außerhalb eines Kreises mit dem Radius 0.9*NA befindet, wobei NA die numerische Apertur der Beleuchtungseinrichtung bezeichnet. Bei den vorstehend genannten Beleuchtungssettings (d.h. Intensitätsverteilungen in der Pupillenebene) kommen durch die Erfindung erzielte Vorteile besonders vorteilhaft zum Tragen, da bei diesen Beleuchtungssettings die Nutzstrukturen jeweils nur einen vergleichsweise geringen Anteil der Wellenfront abtasten. Zudem sind bei diesen Beleuchtungssettings Effekte der Erwärmung optischer Komponenten („Lens Heating") besonders ausgeprägt.
Die Erfindung betrifft weiter eine mikrolithographische Projektionsbelichtungs- anläge, mit
- einer Beleuchtungseinrichtung und einem Projektionsobjektiv, wobei die Beleuchtungseinrichtung im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage auf einer Maske befindliche Nutzstrukturen und auf der Maske befindliche Markerstrukturen beleuchtet und das Projektionsobjektiv diese Nutzstruktu- ren und Markerstrukturen auf einen mit einem Photoresist versehenen
Wafer unter Erzeugung entsprechender Markerstrukturbilder und Nutzstrukturbilder abbildet;
- einer Einrichtung zur zeitaufgelösten Ermittlung von Wellenfrontaberrationen des Projektionsobjektivs; - einer Einrichtung zur Ermittlung von Versatzwerten zwischen Markerstruk- turbildern und Nutzstrukturbildern aus den ermittelten Wellenfrontaberrationen; und
- einer Steuereinrichtung zur Steuerung der Positionierung der Nutzstrukturbilder in nachfolgenden Lithographieschritten auf Basis dieser Versatz- werte.
Dabei wird von dem Begriff der zeitaufgelösten Ermittlung auch eine Ermittlung zu unterschiedlichen diskreten Zeitpunkten (d.h. nicht notwendigerweise eine zeitlich kontinuierliche Ermittlung) umfasst.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Einrichtung zur zeitaufgelösten Ermittlung von Wellenfrontaberrationen eine Messeinrichtung zur Messung von Wellenfrontaberrationen des Projektionsobjektivs auf. Gemäß einer Ausführungsform weist die Einrichtung zur zeitaufgelösten Ermittlung von Wellenfrontaberrationen eine Vorhersageeinrichtung zur modell- basierten Vorhersage von Wellenfrontaberrationen des Projektionsobjektivs auf.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Einrichtung zur Ermittlung von Versatz- werten dazu ausgelegt, für eine Mehrzahl von Markerstrukturbildern jedem dieser Markerstrukturbilder jeweils einen individuellen Versatzwert zuzuordnen.
Gemäß einer Ausführungsform befinden sich die Markerstrukturbilder, denen jeweils ein individueller Versatzwert zugeordnet wird, auf ein- und demselben Wafer.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, die individuellen Versatzwerte bei der Steuerung der Positionierung der Nutzstrukturbilder in nachfolgenden Lithographieschritten zu berücksichtigen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die mikrolithographische Projektionsbelich- tungsanlage dazu ausgelegt, ein Verfahren mit den oben beschriebenen Merkmalen durchzuführen. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
Figur 1 a ein Flussdiagramm zur Erläuterung des möglichen Ablaufs eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Ausführungsform; Figur 1 b-c schematische Darstellungen zur weiteren Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens; und Figuren 2-5 schematische Darstellungen zur Erläuterung eines der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Problems.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Weiteren wird eine mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zunächst unter Bezugnahme auf das in Fig. 1 a gezeigte Flussdiagramm beschrieben. Dabei werden auf einer Maske befindliche Nutzstruktu- ren und auf der Maske befindliche Markerstrukturen mit einer Beleuchtungseinrichtung einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage beleuchtet und mit einem Projektionsobjektiv der Projektionsbelichtungsanlage auf einen mit einem Photoresist versehenen Wafer unter Erzeugung entsprechender Markerstrukturbilder und Nutzstrukturbilder abgebildet.
Gemäß Fig. 1 a erfolgt in einem Schritt S10 die zeitaufgelöste Berechnung von Wellenfrontfehlern des Projektionsobjektivs. Diese Berechnung erfolgt in für sich bekannter Weise sowie modellbasiert, wobei z.B. auf die Publikation Y. Ohmura et al.: „An aberration control of projection optics for multi-patterning Lithography", Optical Microlithography XXIV, edited by Mircea V. Dusa, Proc. of
SPIE Vol. 7973 (201 1 ) sowie US 2013/0301024 A1 verwiesen wird.
Dabei kann durch das betreffende Modell insbesondere sowohl die Aufheizung des Projektionsobjektivs im Lithographiebetrieb als auch eine hierdurch bewirk- te Modifikation der Wellenfront über die Zeit vorhergesagt werden. Diese zeitliche Information kann wiederum in eine ortsabhängige Korrektur auf dem Wafer übersetzt werden, indem die aus dem jeweiligen Wellenfrontfehler resultierende Verschiebung (Versatz) zwischen Marker- und Nutzstrukturbildern abhängig davon berechnet wird, zu welchem Zeitpunkt der betreffende Waferbereich während des Lithographieprozesses in das Belichtungsfeld der Projektions- belichtungsanlage gelangte. Erfindungsgemäß erfolgt somit zur Berücksichtigung der durch aberrationsbedingte Wellenfrontänderungen bewirkten Versatzwerte bei der Abbildung der Markerstrukturen weder eine Änderung der Wellenfronten selbst (etwa durch eine Modifikation der auf der Maske befindlichen, abzubildenden Strukturen), noch eine Anpassung des Beleuchtungssettings. Vielmehr erfolgt stattdessen eine Berechnung der betreffenden Werte des - als solcher in Kauf genommenen - Versatzes zwischen Marker- und Nutzstrukturbildern und eine dement- sprechende Korrektur.
In Fig. 1 b-c ist eine mögliche Konfiguration von Maske 10, Projektionsobjektiv und Wafer 20 zu unterschiedlichen Zeitpunkten angedeutet, wobei Fig. 1 b den Schnitt durch eine Wellenfrontaberration 16 in einer Pupillenebene 15 zu einem Zeitpunkt ti und Fig. 1 c den Schnitt durch eine Wellenfrontaberration 17 zu einem späteren Zeitpunkt tN andeutet. Die unterschiedlichen Wellenfrontab- errationen führen nun, wie eingangs bereits anhand von Fig. 5a-5c erläutert, zu unterschiedlichen Versatzwerten zwischen Nutz- und Markerstrukturbild. Über die Zeit bewegt sich der Wafer 20 unter dem Projektionsobjektiv z.B. wie in Fig. 1 b-c angedeutet mäanderförmig. Dadurch erfahren die Strukturen in einem Belichtungsfeld 21 gemäß Fig. 1 b zum Zeitpunkt ti einen anderen Versatz als die Strukturen in einem Belichtungsfeld 22 gemäß Fig. 1 c zum Zeitpunkt tN. Die zeitliche Aberration hat sich in einen räumlichen Verlauf des Versatzes zwischen Nutz- und Markerstrukturbild übersetzt.
Die Erfindung beinhaltet insbesondere eine Individualisierung hinsichtlich der einzelnen Markerstrukturen, da der für jede einzelne der Markerstrukturen je- weils individuell wirkende Wellenfrontfehler bzw. der hieraus resultierende Versatz bei der Ausrichtung der Nutzstrukturen entsprechend berücksichtigt wird. Im Schritt S20 werden sowohl Nutz- als auch Hilfsstrukturen im jeweils aktuellen (n-ten) Lithographieschritt gedruckt. Im Schritt S30 erfolgt basierend auf den berechneten Wellenfrontfehlern die Zuordnung jeweils eines Versatzwertes zu jedem der Markerstrukturbilder, wobei der betreffende Versatzwert den Versatz zwischen dem jeweiligen Markerstrukturbild und einem Nutzstrukturbild charakterisiert.
Gemäß Schritt S40 erfolgt das lithographische Drucken der Nutz- und Hilfsstrukturen im nachfolgenden, (n+1 )-ten Lithographieschritt unter Berücksichti- gung dieser Versatzwerte, wodurch die Nutzstrukturen im optimalen Fall ohne (bzw. nur mit einem gewünschten) Versatz gegenüber den im vorangegangenen Lithographieschritt gedruckten Nutzstrukturen erzeugt werden.
Wenn die Erfindung auch anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben wurde, erschließen sich für den Fachmann zahlreiche Variationen und alternative Ausführungsformen, z.B. durch Kombination und/oder Austausch von Merkmalen einzelner Ausführungsformen. Dementsprechend versteht es sich für den Fachmann, dass derartige Variationen und alternative Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung mit umfasst sind und die Reichweite der Erfindung nur im Sinne der beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalente beschränkt ist.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur mikrolithographischen Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wobei auf einer Maske befindliche Nutzstrukturen und auf der Maske befindliche Markerstrukturen mit einer Beleuchtungseinrichtung beleuchtet und mit einem Projektionsobjektiv auf einen mit einem Photoresist versehenen Wafer unter Erzeugung entsprechender Markerstrukturbilder und Nutzstrukturbilder abgebildet werden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Verfahren folgende Schritte aufweist: a) Ermitteln einer Mehrzahl von jeweils unterschiedlichen Zeitpunkten zugeordneten Versatzwerten, wobei jeder dieser Versatzwerte jeweils einen zu dem betreffenden Zeitpunkt durch das Projektionsobjektiv erzeugten Versatz zwischen einem Markerstrukturbild und einem Nutzstrukturbild charakterisiert; und b) Positionieren der Nutzstrukturbilder in aufeinanderfolgenden Lithographieschritten relativ zueinander auf Basis dieser Versatzwerte.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln der Mehrzahl von Versatzwerten zumindest teilweise auf Basis einer modellbasierten Vorhersage von durch das Projektionsobjektiv bewirkten Wel- lenfrontfehlern erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln der Mehrzahl von Versatzwerten zumindest teilweise auf Basis einer Messung der Wellenfrontaberration zu unterschiedlichen Zeitpunkten erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ermittlung von Werten der Wellenfrontaberration zwischen diesen Zeitpunkten durch Interpolation erfolgt.
5. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtung der auf der Maske befindlichen Nutzstrukturen und der auf der Maske befindlichen Markerstrukturen unter Einstellung eines Dipol-Beleuchtungssettings erfolgt.
6. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtung der auf der Maske befindlichen Nutzstrukturen und der auf der Maske befindlichen Markerstrukturen unter Einstellung eines Beleuchtungssettings erfolgt, welches eine Mehrzahl von Dipolen aufweist.
7. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtung der auf der Maske befindlichen Nutzstrukturen und der auf der Maske befindlichen Markerstrukturen unter Einstellung eines Beleuchtungssettings erfolgt, bei welchem sich wenigstens 90% der Gesamtintensität außerhalb eines Kreises mit dem Radius 0.7*NA, insbesondere außerhalb eines Kreises mit dem Radius 0.8*NA, weiter insbesondere außerhalb eines Kreises mit dem Radius 0.9*NA befindet, wobei NA die numerische Apertur der Beleuchtungseinrichtung bezeichnet.
8. Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage, mit
• einer Beleuchtungseinrichtung und einem Projektionsobjektiv, wobei die Beleuchtungseinrichtung im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage auf einer Maske befindliche Nutzstrukturen und auf der Maske befindliche Markerstrukturen beleuchtet und das Projektionsobjektiv diese Nutzstrukturen und Markerstrukturen auf einen mit einem Photoresist versehenen Wafer unter Erzeugung entsprechender Markerstrukturbilder und Nutzstrukturbilder abbildet;
• einer Einrichtung zur zeitaufgelösten Ermittlung von Wellenfront- aberrationen des Projektionsobjektivs;
• einer Einrichtung zur Ermittlung von Versatzwerten zwischen Markerstrukturbildern und Nutzstrukturbildern aus den ermittelten Wellenfrontaberrationen; und
• einer Steuereinrichtung zur Steuerung der Positionierung der Nutzstrukturbilder in nachfolgenden Lithographieschritten auf Basis dieser Versatzwerte.
9. Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur zeitaufgelösten Ermittlung von Wellenfrontaberrationen eine Messeinrichtung zur Messung von Wellenfrontaberrationen des Projektionsobjektivs aufweist.
10. Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur zeitaufgelösten Ermittlung von Wellenfrontaberrationen eine Vorhersageeinrichtung zur modellbasierten Vorhersage von Wellenfrontaberrationen des Projektions- Objektivs aufweist.
1 1 . Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Ermittlung von Versatzwerten dazu ausgelegt ist, für eine Mehrzahl von Markerstrukturbildern jedem dieser Markerstrukturbilder jeweils einen individuellen Versatzwert zuzuordnen.
12. Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Markerstrukturbilder, denen jeweils ein individueller Versatzwert zugeordnet wird, sich auf ein- und demselben
Wafer befinden.
13. Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 1 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung dazu ausge- legt ist, die individuellen Versatzwerte bei der Steuerung der Positionierung der Nutzstrukturbilder in nachfolgenden Lithographieschritten zu berücksichtigen. Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass diese dazu ausgelegt ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen.
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