DE102020201723A1

DE102020201723A1 - Projektionsbelichtungsanlage mit einem thermischen Manipulator

Info

Publication number: DE102020201723A1
Application number: DE102020201723.9A
Authority: DE
Inventors: Stephanus Fengler; Reimar Finken; Ulrich Löring
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2020-02-12
Filing date: 2020-02-12
Publication date: 2021-08-12
Also published as: CN115087931A; WO2021160583A1; US20220373899A1; KR20220139962A

Abstract

Eine Projektionsbelichtungsanlage (10, 80) für die Mikrolithographie umfasst ein Projektionsobjektiv (26) zur Projektion von Strukturen einer Maske (12) in eine Substratebene (30) mittels einer Belichtungsstrahlung (18), wobei mindestens ein optisches Element (38, 40, 82) des Projektionsobjektivs (26) mit einem Manipulator (M4, M5) versehen ist, welcher zum Eintrag von thermischer Energie in das optische Element (38, 40, 82) konfiguriert ist. Die Projektionsbelichtungsanlage (10, 80) enthält weiterhin eine Steuerungseinrichtung (56), welche zur Steuerung der Belichtungsstrahlung (18) sowie zur derartigen Steuerung des Manipulators (M4, M5) konfiguriert ist, dass ein aufgrund einer Belichtungspause erfolgender Rückgang eines thermischen Energieeintrags in das optische Element (38, 40, 82) zumindest teilweise durch Energieeintrag mittels des Manipulators (M4, M5) ausgeglichen wird. Ferner betrifft die Erfindung ein entsprechendes Verfahren zum Steuern einer Projektionsbelichtungsanlage (10, 80) für die Mikrolithographie.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit einem Projektionsobjektiv zur Projektion von Strukturen in eine Substratebene mittels einer Belichtungsstrahlung. Insbesondere ist mindestens ein optisches Element des Projektionsobjektivs mit einem Manipulator versehen, welcher zum Eintrag von thermischer Energie in das optische Element konfiguriert ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Steuern einer derartigen Projektionsbelichtungsanlage.
Mit einer Projektionsbelichtungsanlage lassen sich bei einer Herstellung von integrierten Schaltkreisen oder anderen mikro- oder nanostrukturierten Bauelementen kleinste Strukturen auf einem Substrat erzeugen. Dazu bildet ein Projektionsobjektiv der Projektionsbelichtungsanlage Strukturen einer Maske oder eines Retikels während eines vorgegebenen Belichtungszeitintervalls auf eine fotosensitive Schicht des Substrats ab. Als Substrat wird in der Regel ein so genannter Wafer aus Halbleitermaterial verwendet. Nach einer durchgeführten Belichtung erfolgt üblicherweise eine Positionsänderung oder ein Wechsel des Substrats für eine weitere Belichtung.
An die Abbildungseigenschaften von Projektionsbelichtungsanlagen und insbesondere Projektionsobjektiven werden mit fortschreitender Miniaturisierung der Halbleiterstrukturen und dem Bedarf an schnelleren Herstellungsprozessen mit kürzeren Belichtungszeiten zunehmend höhere Anforderungen gestellt. Für eine möglichst präzise Abbildung von Maskenstrukturen auf den Wafer werden daher Projektionsobjektive mit möglichst geringen Abbildungsfehlern benötigt. Neben Abbildungsfehlern in Folge von Fertigungs- oder Montagetoleranzen sind auch während eines Betriebs auftretende Abbildungsfehler bekannt. So führt die unvermeidbare Absorption eines Teils der zur Belichtung verwendeten elektromagnetischen Strahlung in optischen Elementen der Projektionsbelichtungsanlage zu einer im Allgemeinen inhomogenen Erwärmung der optischen Elemente. Diese Linsen- oder Spiegelaufheizung wird auch als „Lens-Heating“ bezeichnet und bewirkt lokale Änderungen des Brechungsindex, Ausdehnungen und mechanischen Spannungen, und somit Aberrationen in einer sich im Projektionsobjektiv ausbreitenden Wellenfront.
Zur Korrektur von während eines Betriebs auftretenden Wellenfrontfehlern kommen verschiedene optische Manipulatoren zum Einsatz. So offenbart beispielsweise die DE 10 2015 201 020 A1 Manipulatoren mit einer Vielzahl von individuell beheizbaren Zonen in einem optischen Element. Ein Wärmeeintrag erfolgt bei diesen thermischen Manipulatoren zum Beispiel mittels Infrarot-Strahlung oder elektrischer Leiterbahnen und ohmschen Strukturen. Andere bekannte Manipulatoren ermöglichen eine Deformation einer Oberfläche oder eine Lageänderung eines optischen Elements in einem oder mehreren der sechs Starrkörperfreiheitsgrade. Mit Manipulatoren lässt sich die optische Wirkung des jeweiligen optischen Elements durch eine entsprechende Zustandsänderung während eines Betriebs der Projektionsbelichtungsanlage einstellen. Je nach gemessener oder mittels einer Simulation ermittelter Aberrationscharakteristik des Projektionsobjektivs kann auf diese Weise während des Betriebs eine Wellenfrontdeformation induziert werden, welche zumindest teilweise zur Kompensation des momentan auftretenden Wellenfrontfehlers geeignet ist.
Während des Betriebs der Projektionsbelichtungsanlage findet üblicherweise ein ständiger Wechsel zwischen Belichtungszeiten und Belichtungspausen ohne Belichtungsstrahlung statt. In einer Pause erfolgt beispielsweise ein Wechsel des Wafers. Der ständige Wechsel zwischen Belichtungszeiten und Belichtungspausen verursacht sich schnell ändernde, thermisch bedingte Abbildungsfehler. Dieser Effekt wird auch als „schnelles Linsenaufheizen“ oder „Fast-Lens-Heating“ bezeichnet und führt zu einer schnellen periodischen Änderung von Abbildungseigenschaften und somit zu entsprechenden Abbildungsfehlern. Bei den bekannten Projektionsbelichtungsanlagen lassen sich diese Abbildungsfehler mit Manipulatoren nur schlecht oder gar nicht kompensieren, da die hierfür erforderlichen Messungen oder Simulationen von Abbildungseigenschaften und das Berechnen und Einstellen entsprechender Stellwege bei den Manipulatoren zu zeitintensiv ist.
Zugrunde liegende Aufgabe
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren bereitzustellen, womit die vorgenannten Probleme gelöst werden, und insbesondere durch den ständigen Wechsel zwischen Belichtungszeiten und Belichtungspausen einer Projektionsbelichtungsanlage bewirkte Abbildungsfehler reduziert werden.
Erfindungsgemäße Lösung
Die vorgenannte Aufgabe kann erfindungsgemäß beispielsweise gelöst werden mit einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie, welche ein Projektionsobjektiv zur Projektion von Strukturen in eine Substratebene mittels einer Belichtungsstrahlung umfasst, wobei mindestens ein optisches Element des Projektionsobjektivs mit einem Manipulator versehen ist, welcher zum Eintrag von thermischer Energie in das optische Element konfiguriert ist. Weiterhin umfasst die Projektionsbelichtungsanlage eine Steuerungseinrichtung, welche zur Steuerung der Belichtungsstrahlung sowie zur derartigen Steuerung des Manipulators konfiguriert ist, dass ein aufgrund einer Belichtungspause erfolgender Rückgang eines thermischen Energieeintrags in das optische Element zumindest teilweise durch Energieeintrag mittels des Manipulators ausgeglichen wird.
Das optische Element des Projektionsobjektivs ist zum Beispiel eine Linse in Gestalt eines Wellenfront-formenden Linsenelements, eine für die Belichtungsstrahlung durchlässige Planplatte, oder ein Spiegelelement. Mit dem Manipulator lässt sich vorzugweise eine bestimmte thermische Energie bei verschiedene Abschnitten oder Zonen des optischen Elements derart eintragen, dass eine Erwärmung mit einer entsprechenden Änderung von optischen Eigenschaften erfolgt. Eine vorgegebe Temperaturänderung für einen Abschnitt oder eine Zone wird auch als Stellweg für diesen Abschnitt oder diese Zone bezeichnet.
Unter einer Belichtungspause ist ein Zeitabschnitt zu verstehen, in dem die Intensität der Belichtungsstrahlung im Projektionsobjektiv reduziert bzw. heruntergefahren wird und damit im letzteren Fall keine Belichtungsstrahlung das Projektionsobjektiv durchläuft. Der aufgrund der Belichtungspause erfolgende Rückgang des thermischen Energieeintrags ist zumindest teilweise durch den Rückgang der Intensität der Belichtungsstrahlung in der Belichtungspause bedingt.
Mit anderen Worten wird erfindungsgemäß der durch eine Belichtungspause bedingte Rückgang eines thermischen Energieeintrags in das optische Element gezielt zumindest teilweise ausgeglichen. Dies erfolgt mittels eines Manipulators, welcher dazu konfiguriert ist, thermische Energie in das optische Element einzutragen. Die erfindungsgemäße Betriebsform des Projektionsobjektivs kann auch verkürzt als „antizyklische Beheizung des optischen Elements“ bezeichnet werden. Eine Beheizung erfolgt insbesondere dann, wenn keine Belichtung erfolgt, somit antizyklisch zu den einzelnen Belichtungszeiträumen.
Im Vergleich zur herkömmlichen Wellenfrontkorrektur mittels eines als „Lens-Model“ bezeichneten Optimierungsverfahrens, bei dem in bestimmten Zeitabschnitten eine Wellenfrontabweichung des Projektionsobjektivs ermittelt und dann diese durch geeignete Manipulatorveränderungen korrigiert wird, lassen sich die durch die Belichtungspausen auftretenden Wellenfrontfehler mit der erfindungsgemäßen Betriebsform viel schneller korrigieren bzw. lässt sich deren Auftreten komplett vermeiden. Die längere Zeitskala bei der herkömmlichen Wellenfrontkorrektur liegt daran, dass sich durch die in der Belichtungspause im betreffenden optischen Element auftretenden thermischen Veränderungen zunächst eine Wellenfrontabweichung einstellen muss, die dann wiederum erst durch geeignete, mittels des „Lens-Model“ berechnete Manipulatorveränderungen korrigiert werden kann. Bei dem erfindungsgemäßen thermischen Energieeintrag in das optische Element wird zumindest teilweise verhindert, dass sich eine entsprechende Wellenfrontabweichung ausbildet.
Das im Betrieb einer Projektionsbelichtungsanlage erfolgende schnelle An- und Ausschalten der Belichtungsstrahlung führt bei dickeren optischen Elementen kaum zu kurzfristigen, Abbildungseigenschaften verändernde Temperaturschwankungen. Vielmehr erfolgt während eines Betriebs eine Erwärmung dieser optischen Elemente bis zu einem thermischen Gleichgewicht. Durch die Erwärmung verursachte Abbildungsfehler lassen sich in der Regel mit Hilfe einer geeigneten Einstellung von Manipulatoren kompensieren, welche mittels aus dem Stand der Technik bekannten Steuerungsverfahren ermittelt werden.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass das im Betrieb einer Projektionsbelichtungsanlage erfolgende schnelle An- und Ausschalten der Belichtungsstrahlung, anders als bei dickeren optischen Elementen, bei dünnen Linsen oder anderen dünnen optischen Elementen bei jedem Belichtungsintervall eine Erwärmung durch Belichtungsstrahlung und in den dazwischen liegenden Belichtungspausen eine Abkühlung auftritt, welche sich schnell ändernde, thermisch bedingte Abbildungsfehler verursacht.
Dieser Effekt führt zu dem eingangs erwähnten „schnellen Linsenaufheizen“ oder „Fast-Lens-Heating“, was wiederum eine schnelle periodische Änderung von Abbildungseigenschaften und somit zu entsprechenden Abbildungsfehlern zur Folge hat. Wie bereits erwähnt, lassen sich diese Abbildungsfehler bei den bekannten Projektionsbelichtungsanlagen mit mittels eines „Lens-Model“ gesteuerten Manipulatoren nur schlecht oder gar nicht kompensieren, da die hierfür erforderlichen Messungen oder Simulationen von Abbildungseigenschaften und das Berechnen und Einstellen entsprechender Stellwege bei den Manipulatoren zu zeitintensiv sind.
Durch das erfindungsgemäße zumindest teilweise Ausgleichen eines aufgrund einer Belichtungspause erfolgenden Rückgangs eines thermischen Energieeintrags in das optische Element durch Energieeintrag mittels des Manipulators können durch den ständigen Wechsel zwischen Belichtungszeiten und Belichtungspausen in Projektionsobjektiven mit dünnen optischen Elementen erzeugte Abbildungsfehler reduziert werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Projektionsbelichtungsanlage weiterhin eine Ermittlungseinrichtung, welche zur Ermittlung einer während eines Belichtungsvorgangs durch die Belichtungsstrahlung in das optische Element eingetragenen thermischen Intensitätsverteilung konfiguriert ist. Die Ermittlungseinrichtung kann ein Simulationsmodul zur Berechnung der beim Belichtungsvorgang durch die Belichtungsstrahlung in das Element eingetragenen thermischen Energieverteilung umfassen. Alternativ kann die Ermittlung der eingetragenen thermischen Energieverteilung auch durch Messung mit einer geeigneten Messvorrichtung der Ermittlungseinrichtung oder einer Kombination aus Messung und Simulation bzw. Berechnung erfolgen. Wie dem Fachmann bekannt ist, wird unter einer thermischen Intensitätsverteilung die pro Zeiteinheit und Flächeneinheit auf das optische Element übertragene räumliche Energieverteilung verstanden.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Steuerungseinrichtung dazu konfiguriert, die Steuerung des Manipulators auf Grundlage der ermittelten thermischen Intensitätsverteilung zu bewirken. Beispielsweise erfolgt eine Steuerung des Manipulators derart, dass ein vom Manipulator erzeugter thermischer Energieeintrag im Wesentlichen der ermittelten thermischen Intensitätsverteilung entspricht. Mit anderen Worten wird mit Hilfe des Manipulators die ermittelte thermische Intensitätsverteilung auch während einer Belichtungspause im Wesentlichen aufrecht erhalten. Mit dieser Maßnahme kann eine Steuerung so erfolgen, dass sich eine Temperaturverteilung in dem optischen Element durch ein An- und Ausschalten der Belichtungsstrahlung nicht oder nur unwesentlich ändert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Steuerungseinrichtung zum derartigen Steuern des Manipulators konfiguriert, dass der Energieeintrag mit einer, über eine optisch wirksame Fläche des optischen Elements, ortsaufgelösten Verteilung erfolgt. Beispielsweise ist der Manipulator zum Erwärmen von einzelnen Abschnitten oder Zonen des optischen Elements ausgebildet. Die Steuerungseinrichtung kann dann derart konfiguriert sein, dass jeder Abschnitt oder jede Zone individuell so beheizt wird, dass sich eine vorgegebene thermische Intensitätsverteilung bzw. ein vorgegebenes ortsaufgelöstes Temperaturprofil erzeugt wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Steuerungseinrichtung dazu konfiguriert, den mittels des Manipulators erfolgenden Energieeintrag innerhalb eines Zeitraums zu bewirken, in dem sich im Projektionsobjektiv höchstens 10% einer Wellenfrontabweichung ausbilden würde bzw. ausbildet, welche dem Rückgang des thermischen Energieeintrags entspricht. Insbesondere ist die Steuereinrichtung dazu konfiguriert, den Energieeintrag innerhalb eines Zeitraums zu bewirken, in dem sich höchstens 1 % oder höchstens 0,1% der dem Rückgang des thermischen Energieeintrags entsprechenden Wellenfrontabweichung ausbildet. Unter der dem Rückgang des thermischen Energieeintrags entsprechenden Wellenfrontabweichung ist diejenige Wellenfrontabweichung des Projektionsobjektivs zu verstehen, die sich ohne den mittels des Manipulators bewirkten Energieeintrag nach einem gewissen Zeitraum ausbildet. Dieser Zeitraum wird vom optischen Element benötigt, um aufgrund des fehlenden thermischen Energieeintrags ein neues thermisches Gleichgewicht einzunehmen.
Die Steuervorrichtung ist nach einer weiteren Ausführungsform der Projektionsbelichtungsanlage dazu konfiguriert, den thermischen Energieeintrag über einen Zeitraum von höchstens 15 Sekunden zu bewirken. Insbesondere ist die Steuervorrichtung dazu konfiguriert, den thermischen Energieeintrag über einen Zeitraum von höchsten 10 Sekunden, höchstens 7 Sekunden oder höchstens 5 Sekunden zu bewirken. Mit anderen Worten wird der Energieeintrag durch den Manipulator nach maximal 15, 10, 7 oder 5 Sekunden beendet. Nach einer Ausführungsform ist ein Zeitraum ohne Energieeintrag durch den Manipulator mindestens so lang ist wie der Zeitraum des Energieeintrags.
Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die Steuerungseinrichtung dazu konfiguriert, den thermischen Energieeintrag über einen Zeitraum von mindestens 2 Sekunden zu bewirken. Insbesondere ist die Steuerungseinrichtung dazu konfiguriert, den thermischen Energieeintrag über einen Zeitraum von mindestens 3 Sekunden oder mindestens 5 Sekunden zu bewirken. Insbesondere kann ein periodischer Energieeintrag in jeder Belichtungspause zwischen zwei Belichtungen vorgesehen sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Projektionsbelichtungsanlage weiterhin eine Wellenfrontermittlungseinrichtung zur Ermittlung einer Wellenfrontabweichung des Projektionsobjektivs von einer Sollwellenfront. Ferner ist die Steuerungseinrichtung dazu konfiguriert, eine Wellenfrontabweichung des Projektionsobjektivs von einer Sollwellenfront mittels des Manipulators und/oder mindestens eines weiteren Manipulators des Projektionsobjektivs zu korrigieren. Die Wellenfrontermittlungseinrichtung kann zum Beispiel eine Messvorrichtung, ein Simulationsmodul oder beides zum Ermitteln der Wellenfrontabweichung umfassen. Eine Simulation mit dem Simulationsmodul basiert zum Beispiel auf einem geeigneten, dem Fachmann bekannten „Lens-Model“. Die Messvorrichtung kann beispielsweise zur Durchführung einer phasenschiebenden Interferometrietechnik, wie etwa einer Scher- bzw. Shearinginterferometrie, oder einer Punktbeugungsinterferometrie ausgebildet sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das optische Element eine Dicke von höchstens 10 mm auf. Insbesondere weist das optische Element eine Dicke von höchstens 8 mm oder höchstens 5 mm auf. Unter der Dicke des optischen Elements ist die Abmessung des optischen Elements in Richtung des optischen Strahlengangs des Projektionsobjektivs zu verstehen. Je dünner ein optisches Element ist, desto schneller erfolgt bei einem Einwirken von Belichtungsstrahlung eine lokale Erwärmung und ohne Belichtungsstrahlung eine Abkühlung des erwärmten Bereichs.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das optische Element als planparallele Platte, auch Planplatte bezeichnet, konfiguriert. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist eine Mehrzahl an optischen Elementen des Projektionsobjektivs jeweils als planparallele Platte konfiguriert. Insbesondere ist jedes der als planparallele Platte konfigurierten optischen Elemente mit einem zum Eintrag von thermischer Energie in das optische Element konfigurierten Manipulator versehen.
Der Manipulator umfasst nach einer weiteren Ausführungsform der Projektionsbelichtungsanlage Heizelemente zum thermischen Energieeintrag in das optische Element. Die Heizelemente sind beispielsweise elektrisch betriebene Heizelemente. Bei solchen Heizelementen kann eine Stromversorgung mittels elektrischer Leiter oder induktiv vorgesehen sein. Eine Steuerung eines Energieeintrags kann bei einer elektrischen Beheizung mit Hilfe einer entsprechenden Steuerung eines Heizstromes erfolgen. Ferner umfasst das optische Element nach einer Ausführungsform Quarzkörper. Eine Temperaturerhöhung in Quarz führt zu einer Erhöhung des Brechungsindex.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Projektionsobjektiv ein weiteres optisches Element mit einem zum Eintrag von thermischer Energie in das optische Element konfigurierten Manipulator und die beiden optischen Elemente sind als planparallele Platten mit jeweils einer Vielzahl beheizbarer Zonen ausgebildet. Vorzugsweise sind die beheizbaren Zonen über einen Querschnitt des Belichtungsstrahlengangs des Projektionsobjektivs verteilt angeordnet. Nach einer Ausbildung sind für jede Zone bei beiden Platten sehr kleine elektrisch leitende Strukturen und ohmsche Strukturen für eine elektrische Beheizung vorgesehen. Ferner kann in dem Zwischenraum zwischen beiden Platten zur Kühlung der Platten ein Luft- oder Gasstrom geführt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der Manipulator eine Bestrahlungseinrichtung zur Einstrahlung von Heizstrahlung auf das optische Element. Die Heizstrahlung kann eine Wellenlänge aufweisen, die sich von der Wellenlänge der Belichtungsstrahlung unterscheidet, alternativ kann die Heizstrahlung auch die gleiche Wellenlänge wie die Belichtungsstrahlung aufweisen.
Die Heizstrahlung kann quer zum Strahlengang der Belichtungsstrahlung auf das optische Element, d.h. vom Rand des optischen Elements her eingestrahlt werden. Diese Vorgehensweise wird auch als „Beheizung durch Querlicht“ bezeichnet. Alternativ kann die Heizstrahlung beispielsweise mit Hilfe von Spiegeln in den Bereich des Belichtungsstrahlengangs eingekoppelt werden und damit im Wesentlichen senkrecht auf das optische Element eingestrahlt werden. In einer alternativen Ausführungsform dient der Manipulator dazu, einen warmen Gasstrom auf das optische Element zu richten und damit thermische Energie in das optische Element einzutragen.
Ferner ist bei einer weiteren Ausführungsform die Projektionsbelichtungsanlage zum Betrieb im UV-Wellenlängenbereich konfiguriert. Insbesondere beträgt die Wellenlänge der Belichtungsstrahlung etwa 365 nm, etwa 248 nm oder etwa 193 nm. Alternativ kann die Projektionsbelichtungsanlage zum Betrieb im extrem ultravioletten (EUV-) Wellenlängenbereich mit einer Wellenlänge kleiner als 100 nm, insbesondere etwa 13,5 nm oder etwa 6,8 nm ausgebildet sein. Eine Projektionsbelichtungsanlage für den EUV-Wellenlängenbereich umfasst im Wesentlichen Spiegel als optische Elemente. Weiterhin weisen EUV-Projektionsbelichtungsanlagen gegenüber Projektionsbelichtungsanlagen für Strahlung in einem anderen, langwelligeren Spektralbereich üblicherweise deutlich weniger optische Elemente beziehungsweise optische Flächen auf, um Intensitätsverluste durch Absorption zu reduzieren.
Die vorgenannte Aufgabe kann weiterhin beispielsweise gelöst werden mit einem Verfahren zum Steuern einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit einem Projektionsobjektiv und einem Manipulator für mindestens ein optisches Element des Projektionsobjektivs zum Eintrag von thermischer Energie in das optische Element. Das Verfahren umfasst ein Steuern einer Belichtungsstrahlung zur Projektion von Strukturen in eine Substratebene und ein Steuern des Manipulators derart, dass ein aufgrund einer Belichtungspause erfolgender Rückgang eines thermischen Energieeintrags in das optische Element zumindest teilweise durch Energieeintrag mittels des Manipulators ausgeglichen wird.
Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst weiterhin ein Ermitteln einer während eines Belichtungsvorgangs durch die Belichtungsstrahlung in das optische Element eingetragenen thermischen Intensitätsverteilung und ein Steuern des Manipulators auf Grundlage der ermittelten thermischen Intensitätsverteilung.
Die bezüglich der vorstehend aufgeführten Ausführungsformen, Ausführungsbeispiele bzw. Ausführungsvarianten, etc. der erfindungsgemäßen Projektionsbelichtungsanlage angegebenen Merkmale können entsprechend auf das erfindungsgemäße Steuerungsverfahren übertragen werden. Diese und andere Merkmale der erfindungsgemäßen Ausführungsformen werden in der Figurenbeschreibung und den Ansprüchen erläutert. Die einzelnen Merkmale können entweder separat oder in Kombination als Ausführungsformen der Erfindung verwirklicht werden. Weiterhin können sie vorteilhafte Ausführungsformen beschreiben, die selbstständig schutzfähig sind und deren Schutz ggf. erst während oder nach Anhängigkeit der Anmeldung beansprucht wird.
Figurenliste
Die vorstehenden, sowie weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung werden in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung beispielhafter erfindungsgemäßer Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Zeichnungen veranschaulicht. Es zeigt:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit einem Projektionsobjektiv, welches zwei planparallele optische Platten sowie jeweils einen Manipulator zum Beheizen einer Vielzahl von Zonen jeder der Platten umfasst in einer schematischen Ansicht,
2 eine der optischen Platten des Ausführungsbeispiels nach 1 in einer detaillierteren schematischen Ansicht,
3 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Projektionsbelichtungsanlage mit einer dünnen optischen Platte als ein optisches Element mit beheizbaren Zonen in einer schematischen Ansicht,
4 verschiedene Bereiche mit einer hohen Intensität an Belichtungsstrahlung auf einem optischen Element eines Projektionsobjektivs in einer schematischen Ansicht,
5 eine für die Belichtungsstrahlung nach 4 ermittelte thermische Intensitätsverteilung an einem optischen Element in einer schematischen Darstellung,
6 die in ein optisches Element durch Belichtungsstrahlung und einen thermischen Manipulator eingetragene thermische Leistung während einer Belichtung einer Vielzahl von Wafern in einem Diagramm, sowie
7 einen Vergleich des zeitlichen Verlaufs eines Offsets des Zernike-Koeffizienten Z12 bei einer erfindungsgemäßen und einer herkömmlichen Projektionsbelichtungsanlage während einer Belichtung einer Vielzahl von Wafern in einem Diagramm.

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 einigen Zeichnungen ein kartesisches xyz-Koordinatensystem angegeben, aus dem sich die jeweilige Lagebeziehung der in den Figuren dargestellten Komponenten ergibt. In 1 verläuft die y-Richtung senkrecht zur Zeichenebene aus dieser hinaus, die x-Richtung nach rechts und die z-Richtung nach unten.
1 zeigt in einer schematischen Ansicht eine Projektionsbelichtungsanlage 10 für die Mikrolithographie zur Herstellung von mikrostrukturierten Bauelementen wie beispielsweise integrierten Schaltkreisen. Die Projektionsbelichtungsanlage 10 dient zur Projektion von Strukturen einer Maske 12 bzw. eines Retikels auf eine fotosensitive Schicht eines Substrats 14. Als Substrat 14 werden üblicherweise Wafer aus Silizium oder einem anderen Halbleiter verwendet.
Für die Projektion enthält die Projektionsbelichtungsanlage 10 eine Strahlungsquelle 16 zum Bereitstellen von elektromagnetischer Strahlung als Belichtungsstrahlung 18. Die Strahlungsquelle 16 stellt in diesem Ausführungsbeispiel Strahlung im UV-Bereich mit einer Wellenlänge von beispielsweise etwa 365 nm, 248 nm oder 193 nm bereit und enthält hierfür z.B. einen geeignet ausgebildeten Laser. Bei alternativen Ausführungsbeispielen kann die Strahlenquelle auch zum Bereitstellen von Strahlung im extrem ultravioletten (EUV) Wellenlängenbereich mit einer Wellenlänge kleiner als 100 nm, insbesondere etwa 13,5 nm oder etwa 6,8 nm konfiguriert sein.
Die von der Strahlungsquelle 16 kommende Belichtungsstrahlung 18 durchläuft zunächst ein Beleuchtungssystem 20 der Projektionsbelichtungsanlage 10. Das Beleuchtungssystem 20 umfasst eine Vielzahl von optischen Elementen, von denen in 1 symbolisch eine Linse 22 und ein Umlenkspiegel 24 dargestellt sind. Mit dem Beleuchtungssystem 20 wird eine gewünschte Beleuchtung der Maske 12 eingestellt. Eine solche Beleuchtungseinstellung wird auch als Beleuchtungssetting bezeichnet. Ein derartiges Beleuchtungssetting definiert die Winkelverteilung der auf die Maske 12 eingestrahlten Belichtungsstrahlung 18. Beispiele für Beleuchtungssettings umfassen eine Dipol-, Quadrupol- oder Multipol-Beleuchtung. Ferner kann das Beleuchtungssystem einen Scannerschlitz zum kontinuierlichen Scannen der Maske 12 mit einem Belichtungsstrahl mit rechteckigem Querschnitt enthalten oder ermöglichen.
Die Projektionsbelichtungsanlage 10 enthält weiterhin ein Projektionsobjektiv 26 zum Abbilden von Strukturen der Maske 12 auf eine fotosensitive Schicht des Substrats 14. Hierfür sind die Strukturen der Maske 12 in einer Objektebene 28 und die fotosensitive Schicht in einer Bildebene 30 des Projektionsobjektivs 26 angeordnet. Die Bildebene 30 kann somit auch als Substratebene bezeichnet werden, in welche die Maskenstrukturen projiziert werden. Zum Abbilden der Strukturen enthält das Projektionsobjektiv 26 eine Vielzahl von optischen Elementen in Form von Linsen, Spiegeln oder dergleichen, von denen in 1 exemplarisch ein erster Umlenkspiegel 32, ein zweiter Umlenkspiegel 34, ein konkaver Spiegel 36, eine erste optische Platte 38, eine zweite optische Platte 40 und eine Linse 41 dargestellt sind. Die optischen Elemente des Projektionsobjektivs 26 definieren einen Strahlengang 42 des Projektionsobjektivs 26.
Für eine Aufnahme und exakte Positionierung der Maske 12 enthält die Projektionsbelichtungsanlage 10 eine Maskenhalterung 44. Die Maskenhalterung 44 ermöglicht auch während des Betriebs mit Hilfe von Aktuatoren eine räumliche Verschiebung, Drehung oder Neigung der Maske 12. Ferner kann die Maskenhalterung 44 für einen Scan-Betrieb zum Verfahren der Maske 12 senkrecht zu einer optischen Achse 46 des Projektionsobjektivs 26 ausgebildet sein. Entsprechend ist für das Substrat 14 eine Substrathalterung 47 vorgesehen, welche mittels Aktuatoren zur räumlichen Verschiebung, Drehung oder Neigung des Substrats 14 auch während des Betriebs ausgebildet ist. Weiterhin kann für einen Step-und-Scan-Betrieb ein Verfahren des Substrats 14 senkrecht zur optischen Achse 46 vorgesehen sein.
Zur Vermeidung von Herstellungsfehlern bei mikro- oder nanostrukturierten Bauelementen müssen Abbildungsfehler des Projektionsobjektivs 26 bei der Abbildung von Strukturen der Maske 12 auf das Substrat 14 möglichst klein gehalten werden. Neben Abbildungsfehlern infolge von Fertigungs- und Montagetoleranzen können auch erst während eines Betriebes der Projektionsbelichtungsanlage 10 Abbildungsfehler im Projektionsobjektiv 26 auftreten. So kann bei einzelnen optischen Elementen durch eine unvermeidbare Absorption eines Anteils der auftreffenden oder durchtretenden Belichtungsstrahlung 18 eine lokale Erwärmung auftreten. Die Erwärmung kann lokale Änderungen der Oberflächengeometrie durch Ausdehnung oder mechanische Spannung verursachen oder eine Änderung von Materialeigenschaften wie dem Brechungsindex bewirken. Eine weitere Ursache für betriebsbedingte Abbildungsfehler sind Alterungseffekte, beispielsweise eine Verdichtung des Materials.
Abbildungsfehler von Objektiven werden häufig als Abweichung einer gemessenen optischen Wellenfront von einer Sollwellenfront beschrieben. Die Abweichung wird auch als Wellenfrontdeformation oder Wellenfrontfehler bezeichnet und lässt sich beispielsweise durch eine Reihenentwicklung in einzelne Anteile zerlegen. Eine Zerlegung in Zernike-Polynome hat sich dabei als besonders geeignet erwiesen, da die einzelnen Terme der Zerlegung jeweils bestimmten Abbildungsfehlern wie etwa Astigmatismus oder Koma zugeordnet werden können.
Das Projektionsobjektiv 26 enthält zur Kompensation von solchen, während des Betriebs auftretenden oder sich ändernden Wellenfrontfehlern verschiedene Manipulatoren zum Verändern der optischen Eigenschaften von optischen Elementen. Für den ersten Umlenkspiegel 32 ist ein Manipulator M1 angeordnet, welcher zur Verschiebung des ersten Umlenkspiegels 32 in einer Ebene und somit in zwei zueinander senkrechten Richtungen konfiguriert ist. Die Ebene der Verschiebungen ist beispielsweise parallel zur reflektiven Fläche des ersten Umlenkspiegels 32 oder zur optischen Achse 46 angeordnet.
Der zweite Umlenkspiegel 34 kann durch Drehung mittels eines Manipulators M2 um eine Achse parallel zur y-Achse verkippt werden. Damit wird der Winkel der reflektierenden Oberfläche des zweiten Umlenkspiegels 34 gegenüber der einfallenden Belichtungsstrahlung verändert. Bei anderen Ausführungsbeispielen können die Manipulatoren M1, M2 weitere Freiheitsgrade aufweisen. Allgemein kann eine Verlagerung des zugehörigen optischen Elements 32, 34 unter Ausführung einer Starrkörperbewegung entlang eines vorgegebenen Stellwegs erfolgen. Ein derartiger Stellweg kann beispielweise Translationen, Verkippungen oder Rotationen in beliebiger Weise kombinieren.
Der konkave Spiegel 36 ist als deformierbarer bzw. adaptiver Spiegel ausgebildet. Das Projektionsobjektiv 26 umfasst hierfür einen Manipulator M3, welcher zur separaten Deformierung einer Vielzahl von Bereichen einer reflektierenden Beschichtung als in ihrer optischen Wirkung individuell einstellbaren Zonen konfiguriert ist. Ein Stellweg für diesen Manipulator M3 beschreibt eine bestimmte Deformierung des konkaven Spiegels 36 durch eine Vielzahl von Aktuatoren.
Für die erste und zweite transparente optische Platte 38, 40 enthält das Projektionsobjektiv 26 jeweils einen elektrisch betriebenen thermischen Manipulator M4 bzw. M5. Beide Manipulatoren M4 und M5 weisen eine Vielzahl von elektrisch leitenden und ohmschen Strukturen in der jeweiligen Platte zum Beheizen von lokalen Zonen auf. Die optischen Platten 38 und 40 sind senkrecht zur optischen Achse 46 und planparallel zueinander im Strahlengang des Projektionsobjektivs 26 angeordnet. Zwischen den optischen Platten 38, 40 ist ein Spalt 48 ausgebildet, durch den zur Kühlung eine Luft-, Gas- oder Flüssigkeitsströmung 50 geführt wird.
Die optischen Platten 38, 40 sind in diesem Ausführungsbeispiel als dünne Quarzplatten mit einer Dicke von etwa 10 mm ausgebildet. Alternativ können auch mehr als zwei optische Platten, nicht planparallel angeordnete Platten oder Linsen mit einer Vielzahl von beheizbaren Zonen in einem Projektionsobjektiv angeordnet sein. In Quarz führt eine Temperaturerhöhung bei Wellenlängen um 193 nm zu einer Erhöhung des Brechungsindex. Dieser Effekt ist u.a. die Ursache für Wellenfrontfehler durch Linsenerwärmung (auch „Lens Heating“ bezeichnet). An den optischen Platten 38, 40 wird der Effekt zur Erzeugung einer Wellenfrontdeformation verwendet, welche einen momentan auftretenden, beispielsweise durch Linsenerwärmung bei einem oder mehreren der optischen Elemente verursachten Wellenfrontfehler in dem Projektionsobjektiv 26 kompensieren soll. Bei den dünnen optischen Platten 38, 40 kann aber die weiter oben beschriebene schnelle Linsenerwärmung auftreten. Es tritt eine Erwärmung und Abkühlung im Zyklus der Belichtungszeiten und Belichtungspausen auf. Dieses führt zu sich schnell ändernden, periodischen Abbildungsfehlern.
In 2 wird die erste optische Platte 38 in einer schematischen Ansicht dargestellt. Die erste Platte 38 enthält eine zweidimensionale Matrix aus separat beheizbaren Zonen 52. In diesem Ausführungsbeispiel weist die erste optische Platte 38 eine 14x14-Matrix von Zonen 52 auf. Dabei sind sechsundneunzig separat beheizbare Zonen 52 optisch wirksam im Strahlengang 42 des Projektionsobjektivs 26 angeordnet. Die zweite optische Platte 40 ist entsprechend ausgebildet, so dass insgesamt einhundert zweiundneunzig beheizbare Zonen 52 im Strahlengang 42 angeordnet sind. Alternativ ist auch eine andere Anzahl, Anordnung und Form der Zonen 42 möglich, z.B. können die Zonen radial angeordnet oder als Streifen oder kreisbogenförmig ausgebildet sein.
Eine Beheizung der Zonen 52 erfolgt gemäß einer Ausführungsform so, dass sich gegenüber der Umgebungstemperatur kältere und wärmere Bereiche insgesamt ausgleichen. Zusätzlich werden Zonen 52 am Rand der optischen Platten 38, 40 mit thermischem Kontakt zu anderen Komponenten der Projektionsobjektivs 26 aktiv auf Umgebungstemperatur beheizt. Auf diese Weise wird eine thermische Neutralität der optischen Platten 38, 40 gegenüber der Umgebung gewährleistet.
In der nachfolgenden Beschreibung wird sowohl auf 1 als auch auf 2 Bezug genommen. Die Manipulatoren M4, M5 für die optischen Platten 38, 40 enthalten weiterhin eine Aktuierungseinrichtung 54 zum Einstellen eines vorgegebenen Temperaturprofils bzw. einer thermischen Intensitätsverteilung bei beiden optischen Platten 38, 40. Ein solches Temperaturprofil gibt für jede Zone 52 beider optischen Platten 38, 40 Temperaturwerte oder entsprechende Werte, wie etwa eine Heizleistung in W/m² als Stellweg vor. Die thermische Intensitätsverteilung stellt somit einen Stellweg dar. Die Aktuierungseinrichtung 54 versorgt jede Zone 52 der optischen Platten 38, 40 mit einem entsprechenden Heizstrom zur Einstellung des vorgegebenen Stellwegs und kann zusätzlich die Kühlung durch die Luft-, Gas- oder Flüssigkeitsströmung 50 regeln.
Ferner umfasst das Projektionsobjektiv 26 für die Linse 41 einen Manipulator M6, welcher zur Beheizung von verschiedenen Zonen der Linse 41 durch Infrarotstrahlung konfiguriert ist. Hierfür umfasst der Manipulator M6 eine Vielzahl von Bestrahlungseinheiten 55, welche von einer Infrarotlichtquelle des Manipulators M6 bereitgestelltes infrarotes Licht jeweils mit einer einstellbaren Intensität auf einen bestimmten Bereich bzw. eine bestimmte Zone der Linse 41 einstrahlen. Die Linse 41 mit dem Manipulator M6 kann in einer Feld- oder Pupillenebene des Projektionsobjektivs 26 oder intermediär, d.h. zwischen Feld- und Pupillenebene, angeordnet sein. Ein thermischer Manipulator M6, welcher Infrarotlicht auf einen bestimmten Bereich oder eine Zone der Linse 41 einstrahlt, eignet sich besonders für eine Belichtungsstrahlung im tiefen ultravioletten DUV- oder VUV-Spektralbereich und wird beispielsweise in der US 2008/0204682 A1 beschrieben.
Die Projektionsbelichtungsanlage 10 enthält ferner eine Steuerungseinrichtung 56, welche unter anderem zum Steuern der Belichtungsstrahlung 18 und der Manipulatoren M1 bis M5 konfiguriert ist. Für diesen Zweck umfasst die Steuerungseinrichtung 56 eine Belichtungssteuerung 58 und eine Manipulatorsteuerung 60. Mit Hilfe der Belichtungssteuerung 58 wird das Beleuchtungssystem 20 derart eingestellt, dass ein gewünschtes Beleuchtungssetting sowie Belichtungszeiträume und Belichtungspausen möglichst genau realisiert werden. Belichtungspausen werden insbesondere zum Auswechseln von Wafern benötigt. Ein eingestelltes Beleuchtungssetting 62 sowie Belichtungszeiten und Belichtungspausen werden an die Manipulatorsteuerung 60 übermittelt.
Die Manipulatorsteuerung 60 umfasst eine Wellenfrontermittlungseinrichtung 64 zum Ermitteln einer Wellenfrontabweichung des Projektionsobjektivs 26 von einer Sollwellenfront. Dabei werden von einer Wellenfrontmesseinrichtung 66 gemessene Wellenfronten 68 und andere Zustandscharakterisierungen an die Wellenfrontermittlungseinrichtung 64 übermittelt und bei einer Ermittlung der Wellenfrontabweichung berücksichtigt. Die Wellenfrontmesseinrichtung kann beispielsweise zur Durchführung einer phasenschiebenden Interferometrietechnik, wie etwa einer Scher- bzw. Shearinginterferometrie, oder einer Punktbeugungsinterferometrie konfiguriert sein. Alternativ oder zusätzlich können von einem Simulationsmodul 70 mit Hilfe eines Linsen-Modells berechnete Wellenfrontabweichungen berücksichtigt werden. Auf diese Weise kann eine Ermittlung einer Wellenfrontabweichung je nach Manipulatorstellungen auch vor oder zwischen einer Wellenfrontmessung erfolgen.
Zur Kompensation von ermittelten Wellenfrontabweichungen erfolgt mit einem Stellweggenerator 72 eine Ermittlung von optimalen Stellwegen X1 bis X5 für jeden Manipulator M1 bis M5. Dabei können geeignet ausgebildete und dem Fachmann bekannte Optimierungsverfahren verwendet werden, welche auch als „Lens-Model“ bekannt sind. Die ermittelten Stellwege X1 bis X5 werden anschließend an die Manipulatoren M1 bis M5 übermittelt, welche dann eine entsprechende Einstellung der optischen Elemente 32 bis 41 durchführen. Auf diese Weise lassen sich beispielsweise Abbildungsfehler des Projektionsobjektivs 26 kompensieren, welche auf Grund einer langsamen Erwärmung der optischen Elemente oder anderer Komponenten über mehrerer Belichtungszeiträume und Belichtungspausen hinweg auftreten oder durch Alterungseffekte wie eine Kompaktierung von optischen Materialien bewirkt werden. Zur Korrektur von Abbildungsfehler durch eine schnelle Linsenerwärmung ist diese Vorgehensweise aber nicht geeignet.
Für eine Kompensation von solchen durch eine schnelle Linsenerwärmung bei den beiden optischen Platten 38, 40 auftretenden kurzeitigen, periodischen Wellenfrontabweichungen umfasst die Steuerungseinrichtung 56 zusätzlich eine Ermittlungseinrichtung 74 zum Ermitteln eines durch die Belichtungsstrahlung in die erste und zweite optische Platte 38, 40 eingetragen thermische Intensitätsverteilung. Die Ermittlung erfolgt unter Berücksichtigung des von der Belichtungssteuerung 58 übermittelten Beleuchtungssettings 62 sowie der übermittelten Belichtungszeiträume und Belichtungspausen. Dabei kann eine Berechnung der thermischen Intensitätsverteilung mit Hilfe des Simulationsmoduls 70 oder eine von einer in 1 nicht dargestellten Messvorrichtung gemessene Intensitätsverteilung verwendet werden.
Basierend auf der ermittelten thermischen Intensitätsverteilung erzeugt der Stellweggenerator 72 der Steuerungseinrichtung 56 Stellwege X4, X5 für die Manipulatoren M4, M5 der beiden optischen Platten 38, 40 für die Belichtungspausen derartig, dass sich die thermische Intensitätsverteilung auch in Belichtungspausen nicht ändert. Dabei erfolgt ein Energieeintrag durch die Manipulatoren M4, M5 vorzugsweise unmittelbar mit Beginn der Belichtungspause, zumindest aber innerhalb eines Zeitraums, in dem sich im Projektionsobjektiv (26) höchstens 10% einer Wellenfrontabweichung ausbildet, welche dem Rückgang des thermischen Energieeintrags durch Belichtungsstrahlung entspricht.
Mit anderen Worten wird der ortsaufgelöste Energieeintrag der Belichtungsstrahlung 18 in Belichtungspausen durch einen entsprechenden thermischen Energieeintrag der Manipulatoren M4, M5 aufrecht erhalten. Ein ortsaufgelöstes Temperaturprofil bleibt auf diese Weise an beiden dünnen optischen Platten 38, 40 über Belichtungszeiträume und Belichtungspausen hinweg im Wesentlichen konstant. Abbildungsfehler durch eine schnelle Erwärmung und Abkühlung im Zyklus der Belichtungszeiten werden durch diese antizyklische Beheizung mit den thermischen Manipulatoren M4, M5 sehr effektiv reduziert.
In 3 wird eine weitere Projektionsbelichtungsanlage 80 für die Mikrolithographie dargestellt. Die Projektionsbelichtungsanlage 80 entspricht der Projektionsbelichtungsanlage nach 1 mit der Ausnahme, dass im Gegensatz zur Projektionsbelichtungsanlage 10 nach 1 bei der Projektionsbelichtungsanlage 80 die beiden planparallelen Platten 38, 40 entfernt und durch ein dünnes Linsenelement 82 ersetzt worden sind. Die Dicke des Linsenelements 82 beträgt maximal 10 mm. Insbesondere weist das Linsenelement 82 eine Dicke von höchstens 8 mm oder höchstens 5 mm auf. Das Linsenelement 82 ist im Wesentlichen als dünne Planplatte ausgeführt und dient im Projektionsobjektiv 26 als Platzhalter für die beiden planparallelen Platten 38, 40. Hierfür weist es im Wesentlichen dieselben optische Eigenschaften wie die unbeheizten optischen Platten 38, 40 auf und ermöglicht somit eine weitere Verwendung des Projektionsobjektivs 26 auch ohne die planparallelen optischen Platten 38, 40.
Am dünnen Linsenelement 82 tritt während eines Betriebs der Projektionsbelichtungsanlage 80 ebenfalls der Effekt einer schnellen Linsenerwärmung mit einer entsprechend schnellen und periodischen Änderung von Abbildungsfehlern im Zyklus der Belichtungszeiten und Belichtungspausen auf. Zur Kompensation dieser Abbildungsfehler enthält auch das dünne Linsenelement 82 eine Vielzahl von elektrisch beheizbaren Zonen. An jeder Zone sind zum Beispiel elektrische Leiter und ohmsche Elemente für eine Beheizung angeordnet.
Alternativ kann eine Beheizung des dünnen Linsenelements 82, und analog auch der beiden optischen Platten 38 und 40 gemäß 1, auch durch eine entsprechende Bestrahlung mit einer Heizstrahlung, etwa Infrarotlicht, erfolgen. Eine derartige Bestrahlung mit Heizstrahlung kann analog zur vorstehend beschriebenen Bestrahlung der Linse 41 mittels der Bestrahlungseinheiten 55 des Manipulators M6 erfolgen. Die Heizstrahlung kann eine Wellenlänge aufweisen, die sich von der Wellenlänge der Belichtungsstrahlung 18 unterscheidet, alternativ kann die Heizstrahlung auch die gleiche Wellenlänge wie die Belichtungsstrahlung 18 aufweisen. Die Heizstrahlung kann quer zum Strahlengang der Belichtungsstrahlung auf das optische Element, d.h. vom Rand des optischen Elements her eingestrahlt werden. Diese Vorgehensweise wird auch als „Beheizung durch Querlicht“ bezeichnet. Alternativ kann die Heizstrahlung beispielsweise mit Hilfe von Spiegeln in den Bereich des Belichtungsstrahlengangs eingekoppelt werden und damit im Wesentlichen senkrecht auf das betreffende optische Element, d.h. das dünne Linsenelement 82 bzw. eine der beiden optischen Platten 38 und 40, eingestrahlt werden. In einer alternativen Ausführungsform dient der Manipulator dazu, einen warmen Gasstrom auf das betreffende optische Element zu richten und damit thermische Energie in das optische Element einzutragen.
Analog zur Projektionsbelichtungsanlage nach 1 ermittelt die Ermittlungseinrichtung 74 gemäß 3 unter Berücksichtigung des übermittelten Belichtungssettings 62 mit Belichtungszeiträumen und Belichtungspausen eine durch die Belichtungsstrahlung 18 induzierte thermische Intensitätsverteilung. Auf Grundlage der ermittelten thermischen Intensitätsverteilung erzeugt der Stellweggenerator 72 während der Belichtungspausen Stellwege X4 für einen Manipulator M4 des dünnen Linsenelements 82. Die Stellwege X4 sind wiederum derart ausgebildet, dass sich die thermische Intensitätsverteilung auch in Belichtungspausen nicht ändert. Das ortsaufgelöste Temperaturprofil des dünnen Linsenelements 82 bleibt über viele Belichtungszeiträume und Belichtungspausen hinweg im Wesentlichen konstant. Abbildungsfehler durch eine schnelle Linsenerwärmung werden auf diese Weise bei einer Verwendung des Linsenelements 82 als Platzhalter für die beiden optischen Platten 38, 40 verhindert.
4 zeigt beispielhaft verschiedene Bereiche 90 mit einer hohen Intensität an Belichtungsstrahlung 18 in einem Querschnitt des Strahlengangs 42 an den optischen Platten 38, 40 des Projektionsobjektivs 26. Eine entsprechende Verteilung der Strahlungsintensitäten gilt somit auch an einem dünnen Linsenelement 82 als Platzhalter für die optischen Platten. Die Intensitätsverteilung der Belichtungsstrahlung 18 hängt wesentlich von dem jeweils ausgewählten und eingestellten Belichtungssetting ab. Je nach Belichtungssetting tritt in unterschiedlichen Bereichen 90 eines Querschnitts des Strahlengang 42 eine höhere Strahlungsintensität und in anderen Bereichen eine geringere Strahlungsintensität auf. In den Bereichen 90 mit höherer Strahlungsintensität erfolgt in den optischen Platten 38, 40 oder dem Linsenelement 82 eine größere Absorption von Belichtungsstrahlung, welche wiederum eine lokale Erwärmung der optischen Platten 38, 40 oder des Linsenelements 82 in diesen Bereichen 90 zur Folge hat. Bei einer Belichtungspause kühlen diese Bereich schnell ab, wodurch zusammen mit der Erwärmung schnelle periodische Änderungen von optischen Eigenschaften mit entsprechenden Abbildungsfehlern auftreten.
In 5 wird eine für die Belichtungsstrahlung nach 4 ermittelte thermische Intensitätsverteilung 92 an einer Oberfläche 94 eines optischen Elements 96, etwa einer optischen Platte 38, 40 oder dem Linsenelement 82 schematisch dargestellt. Dunkle Bereiche 98 zeigen einen hohen und hellere Bereiche 100 einen geringeren Energieeintrag auf. Eine Strahlengangquerschnitt wird für eine nummerische Apertur von NA = 1,35, durchgezogener Kreis 102, und NA = 0,85, gestrichelter Kreis 104, dargestellt. Diese ortsaufgelöste thermische Intensitätsverteilung 92 wird von der Ermittlungseinrichtung 74 mit Hilfe eines von der Belichtungssteuerung übermittelten Beleuchtungssettings bestimmt, wobei Berechnungen des Simulationsmoduls 70 oder Messungen einer Messvorrichtung in die Ermittlung eingehen können. In Belichtungspausen steuert die Manipulatorsteuerung 60 die Manipulatoren M4, M5 der optischen Platten 38, 40 oder den Manipulator M4 des Linsenelements 82 so an, dass möglichst genau die gleiche Intensitätsverteilung durch die Manipulatoren erzeugt wird. Mit diesem zu den Belichtungszeiten antizyklischen Betreiben der Manipulatoren M4, M5 werden schnelle Temperaturänderung und damit korrespondierende Abbildungsfehler verhindert.
6 zeigt in einem Diagramm eine eingetragene thermische Leistung bzw. eine Wärmebeaufschlagung für die optischen Platten 38, 40 durch Belichtungsstrahlung 18 und die thermischen Manipulatoren M4, M5 während einer Belichtung einer Vielzahl von Wafern in einem Diagramm. Über die x-Achse ist die Zeit in Sekunden und über die y-Achse die Leistung in Watt aufgetragen. Eine erste Belichtung 110 dauert ca. 15 s und bewirkt in diesem Zeitraum einen Leistungseintrag von etwas über 0,7 Watt. In einer darauffolgenden Belichtungspause 112 für einen Wechsel des Wafers mit einer Dauer von ca. 10 s erfolgt eine Wärmebeaufschlagung durch die Manipulatoren M4, M5 mit einer Leistung von ebenfalls etwas über 0,7 Watt. Eine zweite und alle folgenden Belichtungen 114 dauern ebenfalls etwa 15 s, wobei abwechselnd ca. 0,72 Watt und ca. 0,68 Watt eingetragen werden. Die Belichtungspausen 116 nach jeder Belichtung 114 dauern nun jeweils ca. 5 s. Dabei erfolgt durch die Manipulatoren M4, M5 jeweils eine Wärmbeaufschlagung mit der Leistung der unmittelbar vorhergehenden Belichtung 114. Auf diese Weise wird eine Abkühlung und somit eine Änderung von optischen Eigenschaften der optischen Platten 38, 40 verhindert.
In 7 wird ein Vergleich des zeitlichen Verlaufs eines Offsets des Zernike-Koeffizienten Z12 bei einer erfindungsgemäßen und einer herkömmlichen Projektionsbelichtungsanlage während einer Belichtung einer Vielzahl von Wafern in einem Diagramm dargestellt. Der Zernike-Koeffizient Z12 beschreibt zusammen mit dem Zernike-Koeffizienten Z13 den Astigmatismus 5. Ordnung als Abbildungsfehler eines Projektionsobjektivs. In dem Diagramm ist über die x-Achse die Zeit in Sekunden und über die y-Achse ein Offset des Zernike-Koeffizienten Z12 in Nanometern aufgetragen. Die obere Kurve 120 zeigt den Verlauf von Z12 bei einem Projektionsobjektiv 26 mit zwei dünnen elektrisch beheizbaren optischen Platten 38, 40 bei einer herkömmlichen Projektionsbelichtungsanlage ohne eine antizyklische Wärmebeaufschlagung durch die Manipulatoren M4, M5. Deutlich sind die kurzfristigen periodischen Schwankungen durch eine schnelle Erwärmung und Abkühlung im Zyklus der Belichtungszeiten und Belichtungspausen zu erkennen. Insgesamt erfolgt ferner eine allgemeine Erwärmung mit einem größer werdenden negativen Offset von Z12. Im Gegensatz dazu weist die untere Kurve 122 einer erfindungsgemäßen Projektionsbelichtungsanlage deutlich geringere periodische Schwankungen auf, da eine antizyklische Wärmebeaufschlagung durch die Manipulatoren erfolgt.
Die vorstehende Beschreibung beispielhafter Ausführungsbeispiele, Ausführungsformen bzw. Ausführungsvarianten ist exemplarisch zu verstehen. Die damit erfolgte Offenbarung ermöglicht es dem Fachmann einerseits, die vorliegende Erfindung und die damit verbundenen Vorteile zu verstehen, und umfasst andererseits im Verständnis des Fachmanns auch offensichtliche Abänderungen und Modifikationen der beschriebenen Strukturen und Verfahren. Daher sollen alle derartigen Abänderungen und Modifikationen, insoweit sie in den Rahmen der Erfindung gemäß der Definition in den beigefügten Ansprüchen fallen, sowie Äquivalente vom Schutz der Ansprüche abgedeckt sein.
Bezugszeichenliste

10: Projektionsbelichtungsanlage
12: Maske
14: Substrat
16: Strahlungsquelle
18: Belichtungsstrahlung
20: Beleuchtungssystem
22: Linse
24: Umlenkspiegel
26: Projektionsobjektiv
28: Objektebene
30: Bildebene
32: erster Umlenkspiegel
34: zweiter Umlenkspiegel
36: konkaver Spiegel
38: erste optische Platte
40: zweite optische Platte
41: Linse
42: Strahlengang
44: Maskenhalterung
46: optische Achse
47: Substrathalterung
48: Spalt
50: Gasströmung
52: Zonen
54: Aktuierungseinrichtung
55: Bestrahlungseinheiten
56: Steuerungsvorrichtung
58: Belichtungssteuerung
60: Manipulatorsteuerung
62: Beleuchtungssetting
64: Wellenfrontermittlungseinrichtung
66: Wellenfrontmesseinrichtung
68: gemessene Wellenfronten
70: Simulationsmodul
72: Stellweggenerator
74: Ermittlungseinrichtung für thermische Intensitätsverteilung
80: Projektionsbelichtungsanlage
82: dünnes Linsenelement
90: Bereiche
92: thermische Intensitätsverteilung
94: Oberfläche
96: optisches Element
98: dunkle Bereiche
100: helle Bereiche
102: durchgezogener Kreis
104: gestrichelter Kreis

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102015201020 A1 [0004]
US 2008/0204682 A1 [0051]

Claims

Projektionsbelichtungsanlage (10, 80) für die Mikrolithographie, mit - einem Projektionsobjektiv (26) zur Projektion von Strukturen einer Maske (12) in eine Substratebene (30) mittels einer Belichtungsstrahlung (18), wobei mindestens ein optisches Element (38, 40, 82) des Projektionsobjektivs (26) mit einem Manipulator (M4, M5) versehen ist, welcher zum Eintrag von thermischer Energie in das optische Element (38, 40, 82) konfiguriert ist, sowie - einer Steuerungseinrichtung (56), welche zur Steuerung der Belichtungsstrahlung (18) sowie zur derartigen Steuerung des Manipulators (M4, M5) konfiguriert ist, dass ein aufgrund einer Belichtungspause erfolgender Rückgang eines thermischen Energieeintrags in das optische Element (38, 40, 82) zumindest teilweise durch Energieeintrag mittels des Manipulators (M4, M5) ausgeglichen wird.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 1, welche weiterhin eine Ermittlungseinrichtung (74) umfasst, welche zur Ermittlung einer während eines Belichtungsvorgangs durch die Belichtungsstrahlung (18) in das optische Element (38, 40, 82) eingetragenen thermischen Intensitätsverteilung (92) konfiguriert ist.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 2, bei der die Steuerungseinrichtung (56) dazu konfiguriert ist, die Steuerung des Manipulators (M4, M5) auf Grundlage der ermittelten thermischen Intensitätsverteilung (92) zu bewirken.
Projektionsbelichtungsanlage nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei der die Steuerungseinrichtung (56) zum derartigen Steuern des Manipulators (M4, M5) konfiguriert ist, dass der Energieeintrag mit einer, über eine optisch wirksame Fläche des optischen Elements (38, 40), ortsaufgelösten Verteilung erfolgt.
Projektionsbelichtungsanlage nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei der die Steuerungseinrichtung (56) dazu konfiguriert ist, den mittels des Manipulators (M4, M5) erfolgenden Energieeintrag innerhalb eines Zeitraums zu bewirken, in dem sich im Projektionsobjektiv (26) höchstens 10% einer Wellenfrontabweichung ausbilden würde, welche dem Rückgang des thermischen Energieeintrags entspricht.
Projektionsbelichtungsanlage nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei der die Steuerungseinrichtung (56) dazu konfiguriert ist, den thermischen Energieeintrag über einen Zeitraum von höchstens 15 Sekunden zu bewirken.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 6, bei der die Steuerungseinrichtung (56) dazu konfiguriert ist, den thermischen Energieeintrag über einen Zeitraum von mindestens 2 Sekunden zu bewirken.
Projektionsbelichtungsanlage nach einem der vorausgehenden Ansprüche, welche weiterhin eine Wellenfrontermittlungseinrichtung (64) zur Ermittlung einer Wellenfrontabweichung des Projektionsobjektivs (26) von einer Sollwellenfront umfasst, und wobei die Steuerungseinrichtung (56) weiterhin dazu konfiguriert ist, eine Wellenfrontabweichung des Projektionsobjektivs (26) von einer Sollwellenfront mittels des Manipulators (M4, M5) und/oder mindestens eines weiteren Manipulators (M1, M2, M3, M6) des Projektionsobjektivs (26) zu korrigieren.
Projektionsbelichtungsanlage nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei der das optische Element (38, 40, 82) eine Dicke von höchstens 10 mm aufweist.
Projektionsbelichtungsanlage nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei der das optische Element (38, 40, 42) als planparallele Platte konfiguriert ist.
Projektionsbelichtungsanlage nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei der eine Mehrzahl an optischen Elementen (38, 40) des Projektionsobjektivs (26) jeweils als planparallele Platte konfiguriert sind.
Projektionsbelichtungsanlage nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem der Manipulator (M4, M5) Heizelemente zum thermischen Energieeintrag in das optische Element (38, 40, 82) umfasst.
Projektionsbelichtungsanlage nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei der das Projektionsobjektiv (26) ein weiteres optisches Element (38, 40) mit einem zum Eintrag von thermischer Energie in das optische Element (38, 40) konfigurierten Manipulator (M4, M5) umfasst und die beiden optischen Elemente (38, 40) als planparallele Platten mit jeweils einer Vielzahl beheizbarer Zonen (52) ausgebildet sind.
Projektionsbelichtungsanlage nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem der Manipulator eine Bestrahlungseinrichtung zur Einstrahlung von Heizstrahlung auf das optische Element umfasst.
Projektionsbelichtungsanlage nach einem der vorausgehenden Ansprüche, welche zum Betrieb im UV-Wellenlängenbereich konfiguriert ist.
Verfahren zum Steuern einer Projektionsbelichtungsanlage (10, 80) für die Mikrolithographie mit einem Projektionsobjektiv (26) und einem Manipulator (M4, M5) für mindestens ein optisches Element (38, 40, 82) des Projektionsobjektivs (26) zum Eintrag von thermischer Energie in das optische Element (38, 49), umfassend die Schritte: - Steuern einer Belichtungsstrahlung (18) zur Projektion von Strukturen einer Maske (12) in eine Substratebene (30), - Steuern des Manipulators (M4, M5) derart, dass ein aufgrund einer Belichtungspause erfolgender Rückgang eines thermischen Energieeintrags in das optische Element (38, 40, 82) zumindest teilweise durch Energieeintrag mittels des Manipulators (M4, M5) ausgeglichen wird.
Verfahren nach Anspruch 16, weiterhin umfassend ein Ermitteln einer während eines Belichtungsvorgangs durch die Belichtungsstrahlung (18) in das optische Element (38, 40, 82) eingetragenen thermischen Intensitätsverteilung (92) und ein Steuern des Manipulators (M4, M5) auf Grundlage der ermittelten thermischen Intensitätsverteilung (92).