DE102021201193A1

DE102021201193A1 - Verfahren zur Justage eines optischen Systems, insbesondere für die Mikrolithographie

Info

Publication number: DE102021201193A1
Application number: DE102021201193.4A
Authority: DE
Inventors: Michael Grupp; Vitaliy Shklover; Thomas Schicketanz
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2021-02-09
Filing date: 2021-02-09
Publication date: 2022-08-11
Also published as: CN116745702A; WO2022171339A1; JP2024506056A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Justage eines optischen Systems, insbesondere für die Mikrolithographie, wobei das optische System eine Mehrzahl von jeweils mit einem optisch wirksamen Schichtsystem versehenen optischen Elementen aufweist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Ermitteln einer durch das optische System im Betrieb in einer vorgegebenen Ebene bereitgestellten Systemwellenfront; Ermitteln einer Systemwellenfront-Abweichung zwischen dieser ermittelten Systemwellenfront und einer Soll-Systemwellenfront; und Durchführen einer Schichtmanipulation an wenigstens einem der optischen Elemente derart, dass die ermittelte Systemwellenfront-Abweichung reduziert wird.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Justage eines optischen Systems, insbesondere für die Mikrolithographie.
Stand der Technik
Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise oder LCDs, angewendet. Der Mikrolithographieprozess 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) projiziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen.
Maskeninspektionsanlagen werden zur Inspektion von Retikeln für mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlagen verwendet.
In für den EUV-Bereich ausgelegten Projektionsobjektiven oder Inspektionsobjektiven, d.h. bei Wellenlängen von z.B. etwa 13.5 nm oder etwa 6.7 nm, werden mangels Verfügbarkeit geeigneter lichtdurchlässiger refraktiver Materialien reflektive optische Elemente als optische Komponenten für den Abbildungsprozess verwendet.
Im Zuge der Entwicklung von Projektionsobjektiven mit immer höherem Auflösungsvermögen und der damit einhergehenden steigenden Genauigkeitsanforderungen stellt auch die Durchführung des jeweiligen Justageverfahrens, in dessen Verlauf das jeweilige optische System unter Nutzung der vorhandenen Freiheitsgrade bzw. Manipulatoren „in Spezifikation gebracht wird“, eine zunehmend anspruchsvollere Herausforderung dar. Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird unter „Justage“ die iterative Reduzierung der optischen Auswirkungen von Prozessfehlern, die mit dem Herstellprozess des optischen Systems bzw. der zugehörigen optischen Elemente einhergehen (z.B. Schleiffehler an Linsen, Verschraubungseffekte an optischen Elementen bzw. deren Fassungen etc.), verstanden.
Zum Stand der Technik wird lediglich beispielhaft auf US 7,629,572 B2 , US 4,533,449 , EP 3 286 595 B1 und WO 2017/125362 A1 verwiesen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Justage eines optischen Systems, insbesondere für die Mikrolithographie, bereitzustellen, welches die Erzielung einer möglichst präzise einstellbaren Wellenfrontwirkung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Justage eines optischen Systems, insbesondere für die Mikrolithographie, wobei das optische System eine Mehrzahl von jeweils mit einem optisch wirksamen Schichtsystem versehenen optischen Elementen aufweist, weist folgende Schritte auf:

- Ermitteln einer durch das optische System im Betrieb in einer vorgegebenen Ebene bereitgestellten Systemwellenfront;
- Ermitteln einer Systemwellenfront-Abweichung zwischen dieser ermittelten Systemwellenfront und einer Soll-Systemwellenfront; und
- Durchführen einer Schichtmanipulation an wenigstens einem der optischen Elemente derart, dass die ermittelte Systemwellenfront-Abweichung reduziert wird.

Im Sinne der vorliegenden Anmeldung ist unter dem Begriff „Schichtmanipulation“ auch die Deposition einer Schicht auf einem zunächst noch unbeschichteten optischen Element zu verstehen.
Gemäß einer Ausführungsform ist das optische Element im Schritt des Ermittelns der Systemwellenfront beschichtet. Dabei kann es sich bei dieser Beschichtung um eine noch nicht dem fertigen Schichtdesign entsprechende (in diesem Sinne „teilweise“) Beschichtung des betreffenden Elements handeln. Des Weiteren kann auch iterativ auf unterschiedlichen Schichten eines Schichtsystems eine Schichtmanipulation vorgenommen werden, wobei zwischen den einzelnen Iterationsschritten jeweils eine Systemwellenfrontcharakterisierung erfolgt.
Der vorliegenden Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, die Justage eines aus einer Mehrzahl optischer Elemente aufgebauten optischen Systems insbesondere hinsichtlich der von diesem optischen System in einer vorgegebenen Ebene im Betrieb bereitgestellten Systemwellenfront in solcher Weise durchzuführen, dass eine an wenigstens einem dieser optischen Elemente durchgeführte Schichtmanipulation bzw. der durch das auf dem betreffenden optischen Element befindliche Schichtsystem bewirkte optische Effekt oder Wellenfrontbeitrag selbst als Justage-Freiheitsgrad genutzt wird.
Mit anderen Worten beinhaltet die Erfindung das Prinzip, nach einer zu Beginn der Systemjustage zunächst erfolgten Bestimmung der Ist-Systemwellenfront in einer vorgegebenen Ebene zu ermitteln, wie die als Freiheitsgrad bei der Systemjustage behandelte Schichtmanipulation wenigstens eines optischen Elements (das während der zu Beginn der Systemjustage erfolgten Ermittlung der Ist-Systemwellenfront bereits im optischen System eingebaut ist) durchzuführen ist, damit die Abweichung zwischen der ermittelten Ist-Systemwellenfront und der letztendlich angestrebten Soll-Systemwellenfront reduziert wird.
Die Erfindung unterscheidet sich von herkömmlichen Ansätzen u.a. dadurch, dass die Schichtmanipulation eines bei einer zu Beginn der Systemjustage durchgeführten Bestimmung der Ist-Systemwellenfront bereits im optischen System eingebauten und ggf. schon mit seiner optisch wirksamen Beschichtung versehenen (also bereits zur gemessenen Ist-Systemwellenfront beitragenden) optischen Elements als Justage-Freiheitsgrad genutzt wird, um die Wellenfronteigenschaften des Gesamtsystems zu verbessern bzw. Wellenfrontaberrationen zu reduzieren.
Insbesondere unterscheidet sich das erfindungsgemäße Konzept zum einen von herkömmlichen Verfahren, bei denen eine Wellenfrontkorrektur lediglich durch Bearbeitung eines zu Beginn des Justageprozesses noch nicht im optischen System eingebauten Elements vorgenommen wird. In diesem Zusammenhang wird beispielhaft auf EP 3 286 595 B1 verwiesen. Des Weiteren unterscheidet sich das erfindungsgemäße Konzept auch von herkömmlichen Verfahren, bei denen eine Modifikation an einem einzelnen optischen Element jeweils lediglich zur Optimierung der Wellenfronteigenschaften oder der Transmissionseigenschaften des betreffenden optischen Elements (und nicht des Gesamtsystems) vorgenommen wird. In diesem Zusammenhang wird beispielhaft auf US 7,629,572 B2 verwiesen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Schichtmanipulation das Durchführen einer lokal variierenden Deposition eines Schichtmaterials auf dem wenigstens einen optischen Element.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Schichtmanipulation das Durchführen eines lokal variierenden Schichtabtrags von dem wenigstens einen optischen Element.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das wenigstens eine optische Element eine Abschlussschicht aus Siliziumdioxid (SiO₂) auf. Dies ist wie im Weiteren noch erläutert insbesondere im Falle einer durch Schichtabtrag wie z.B. Ionenstrahlbearbeitung erfolgenden Schichtmanipulation vorteilhaft.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Schichtmanipulation das Durchführen einer lokal variierenden Ionenimplantation in dem wenigstens einen optischen Element.
Bei dem während der Bestimmung der Ist-Systemwellenfront auf dem wenigstens einen optischen Element vorhandenen Schichtsystem kann es sich um eine Einzelschicht oder auch um ein Mehrfachschichtsystem handeln. Die Erfindung ist ferner auch hinsichtlich des konkreten lokalen Bereichs des optischen Elements bzw. Schichtsystems, in welchem die Schichtmanipulation erfolgt, nicht weiter eingeschränkt. Insbesondere kann besagte Schichtmanipulation alternativ an einer inneren Schicht innerhalb eines Mehrfachschichtsystems oder auch auf einer zuoberst eines Mehrfachschichtsystems oder einer Einzelschicht befindlichen Deckschicht vorgenommen werden.
In Ausführungsformen der Erfindung kann die Auswahl der im konkreten Falle zur Reduzierung der Systemwellenfront-Abweichung zwischen der ermittelten Systemwellenfront und der Soll-Systemwellenfront geeigneten Schichtmanipulation unter Heranziehung einer im Vorfeld ermittelten Nachschlagtabelle („lookup-table“) und der dort für die betreffende Schichtmanipulation sowie ggf. weitere im optischen System vorhandene Manipulatoren niedergelegten Sensitivitäten erfolgen. In dieser Nachschlagtabelle kann für unterschiedliche Schichtmanipulationen des betreffenden optischen Elements bzw. für unterschiedliche Ausgestaltungen des erfindungsgemäß manipulierten Schichtsystems der jeweilige Wellenfrontbeitrag zur Systemwellenfront bzw. die herbeigeführte Wellenfrontänderung im Vergleich zum optischen Design aufgeführt sein.
Das Ermitteln einer Systemwellenfront-Abweichung zwischen dieser ermittelten Systemwellenfront und einer Soll-Systemwellenfront sowie das Reduzieren dieser Abweichung kann insbesondere in einem iterativen Prozess erfolgen.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Durchführen einer Schichtmanipulation an dem wenigstens einen der optischen Elemente derart, dass für wenigstens eine weitere charakteristische Eigenschaft des optischen Systems die Abweichung zwischen einem vor der Schichtmanipulation gegeben Ist-Wert und einem Soll-Wert reduziert wird. Diese wenigstens eine weitere charakteristische Eigenschaft des optischen Systems kann insbesondere das Reflexionsverhalten und/oder das Transmissionsverhalten des optischen Systems umfassen.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Durchführen einer Schichtmanipulation an dem wenigstens einen optischen Element ferner derart, dass die Polarisationswirkung des optischen Systems verändert wird.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Durchführen einer Schichtmanipulation an dem wenigstens einen optischen Element ferner derart, dass jeweils für das Reflexionsverhalten des optischen Systems, für das Transmissionsverhalten des optischen Systems und für die Polarisationswirkung des optischen Systems die jeweilige Abweichung zwischen einem vor der Schichtmanipulation gegeben Ist-Wert und einem Soll-Wert reduziert wird.
Gemäß einer Ausführungsform ist das wenigstens eine der optischen Elemente, an welchem das Durchführen einer Schichtmanipulation erfolgt, eine Linse.
Gemäß einer Ausführungsform ist das wenigstens eine der optischen Elemente, an welchem das Durchführen einer Schichtmanipulation erfolgt, ein Spiegel.
Bei dem optischen System kann es sich insbesondere um ein Abbildungssystem handeln. Dabei kann die vorgegebene Ebene eine Bildebene dieses Abbildungssystems sein.
Gemäß einer Ausführungsform ist das optische System für eine Arbeitswellenlänge von weniger als 250 nm, insbesondere weniger als 200 nm, ausgelegt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das optische System für eine Arbeitswellenlänge von weniger als 30 nm, insbesondere weniger als 15 nm, ausgelegt.
Die Erfindung betrifft weiter ein optisches System für die Mikrolithographie, welches unter Durchführung eines Verfahrens mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen ausgebildet ist. Das optische System kann insbesondere ein Projektionsobjektiv einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage oder auch ein Projektionsobjektiv einer Maskeninspektionsanlage sein.
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.
Figurenliste
Es zeigen:

1 ein Flussdiagramm zur Erläuterung des möglichen Ablaufs eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des möglichen Aufbaus eines in einer beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schichtmanipulation unterzogenen optischen Elements;
3a-6b Diagramme zur Erläuterung von mit einer erfindungsgemäßen Schichtmanipulation erzielbaren Veränderungen der optischen Eigenschaften des in seinem Schichtsystem manipulierten optischen Elements von 2;
7 eine schematische Darstellung des möglichen Aufbaus einer für den Betrieb im DUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage; und
8 eine schematische Darstellung des möglichen Aufbaus einer für den Betrieb im EUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 zeigt ein Flussdiagramm zur Erläuterung des möglichen Ablaufs eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Justage eines optischen Systems.
Die erfindungsgemäße Justage erfolgt nach Bereitstellung des betreffenden optischen Systems mit einer Mehrzahl von im optischen Strahlengang angeordneten und montierten optischen Elementen, welche bereits mit einer optisch wirksamen Beschichtung versehen sind, wobei die jeweiligen Beschichtungen ebenso wie die Geometrien und Abstände der optischen Elemente gemäß einem vorgegebenen optischen Design eingestellt sind. Der Justageprozess wird mit dem Ziel durchgeführt, die jeweils für den konkreten Anwendungsfall vorgeschriebenen Spezifikationen insbesondere hinsichtlich der durch das System im Betrieb bereitgestellten Systemwellenfront zu erzielen, was wiederum in einem iterativen Prozess unter Nutzung der zur Verfügung stehenden Freiheitsgrade erfolgt.
Bei dem zu justierenden optischen System kann es sich insbesondere um ein solches für die Mikrolithographie und weiter insbesondere um ein Projektionsobjektiv einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage oder einer Maskeninspektionsanlage handeln. Beispiele einer (für den Betrieb im DUV bzw. EUV ausgelegten) mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage werden im Weiteren noch unter Bezugnahme auf 7 und 8 beschrieben.
Zu Beginn des erfindungsgemäßen Justageverfahrens erfolgt zunächst im Schritt S110 die Ermittlung der durch das optische System in einer vorgegebenen Ebene (z.B. der Abbildungsebene eines das optische System bildenden Projektionsobjektivs) bereitgestellten (Ist-)Systemwellenfront. Diese Ist-Systemwellenfront wird im Schritt S120 mit der gemäß vorgegebener Spezifikation geforderten Soll-Systemwellenfront zur Bestimmung einer Systemwellenfront-Abweichung verglichen.
Im Schritt S130 wird nun eine Schichtmanipulation wenigstens eines optischen Elements des optischen Systems derart durchgeführt, dass besagte Systemwellenfront-Abweichung reduziert wird. Dabei kann die Schichtmanipulation insbesondere das Durchführen eines lokal variierenden Schichtabtrags von dem betreffenden optischen Element, das Durchführen einer lokal variierenden Deposition eines Schichtmaterials auf besagtem Element und/oder eine lokal variierende Ionenimplantation (beispielsweise eine Plasma-Immersions-Ionenimplantation) umfassen.
Die besagte Schichtmanipulation erfolgt in solcher Weise, dass letztendlich die geforderte Spezifikation hinsichtlich der durch das optische System im Betrieb bereitgestellten Systemwellenfront erreicht wird. Hierzu kann zur Ermittlung der geeigneten Schichtmanipulation auch eine im Vorfeld bereits ermittelte Nachschlagtabelle („lookup-table“) herangezogen werden, in welcher für unterschiedliche Ausgestaltungen des manipulierten Schichtsystems des betreffenden optischen Elements sowie ggf. weitere im optischen System vorhandene Manipulatoren der jeweilige Wellenfrontbeitrag dieses optischen Elements zur Systemwellenfront aufgeführt ist. In weiteren Ausführungsformen kann auch in einem iterativen Prozess unter wiederholter Durchführung einer Schichtmanipulation die jeweils aktuell eingestellte Systemwellenfront ermittelt und mit der Soll-Systemwellenfront verglichen werden.
Erfindungswesentlich ist hierbei, dass während der Justage des optischen Systems die durchgeführte Schichtmanipulation selbst als Justage-Freiheitsgrad genutzt wird. Das der Schichtmanipulation unterzogene optische Element ist dabei bereits während der anfänglichen Ermittlung der Ist-Systemwellenfront in dem optische System eingebaut mit der Folge, dass auch der Wellenfrontbeitrag des besagten optischen Elements während der Justage von Anfang an mit berücksichtigt wird.
Im Weiteren werden die mit einer erfindungsgemäßen Schichtmanipulation erzielbaren Veränderungen der optischen Eigenschaften des in seinem Schichtsystem manipulierten optischen Elements zunächst anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die schematische Darstellung von 2 sowie die Diagramme von 3a-3b, 4a-4b, 5a-5b und 6a-6b beschrieben. Wenngleich im Folgenden exemplarisch auf ein konkretes und anhand von 2 noch detaillierter beschriebenes Schichtdesign eines erfindungsgemäß manipulierten optischen Elements Bezug genommen wird, ist die Erfindung nicht auf die in diesem Ausführungsbeispiel verwendeten Materialien bzw. Schichtdicken beschränkt. Hinsichtlich weiterer geeigneter Schichtmaterialien wird beispielhaft auf US 10,642,167 B2 sowie US 5,963,365 verwiesen.
Des Weiteren entspricht das im Ausführungsbeispiel gewählte Schichtdesign demjenigen einer Linse, welche für den Betrieb im DUV bzw. bei einer Wellenlänge von etwa 193nm ausgestaltet ist. Die Erfindung ist aber auch hierauf nicht beschränkt, sondern in weiteren Anwendungen auch in einem optischen Element in Form eines Spiegels insbesondere für den Betrieb im EUV (d.h. bei Wellenlängen kleiner als 30nm, insbesondere kleiner als 15nm) realisierbar.

Im Ausführungsbeispiel von 2 weist ein optisches Element 200 auf einem Substrat 201 ein Schichtsystem von Schichten 202-206 auf, wobei die jeweiligen Materialien bzw. Schichtdicken in Tabelle 1 angegeben sind. Tabelle 1:

Lage	Material	Brechzahl	Dicke [nm]
201	CaF₂	1.50150
202	SiO₂	1.58854	28.22
203	MgF₂	1.43758	34.56
204	SiO₂	1.58854	30.28
205	MgF₂	1.43758	18.20
206	SiO₂	1.58854	12.00
Medium	Luft	1

Die im o.g. Schichtdesign gemäß Tabelle 1 und 2 gewählte Ausgestaltung der (vom Substrat 201 aus am weitesten entfernt angeordneten) Abschlussschicht 206 aus amorphem Siliziumdioxid (SiO₂) ist insbesondere im Falle einer durch Schichtabtrag wie z.B. Ionenstrahlbearbeitung erfolgenden Schichtmanipulation im Hinblick darauf vorteilhaft, dass in diesem Falle eine Richtungsabhängigkeit der schichtabtragenden Bearbeitung (die sich bei Verwendung einer Abschlussschicht mit einer nicht amorphen bzw. zumindest teilweise kristallinen Phase, z.B. mit einer Säulenstruktur, ergeben würde) vermieden und ein isotroper Schichtabtrag erzielbar wird. In weiteren Ausführungsformen (insbesondere im Falle einer additiven Schichtmanipulation im Wege der Deposition eines Schichtmaterials) können jedoch als Material für besagte Abschlussschicht auch andere Materialien wie z.B. kristallines Magnesiumfluorid (MgF₂) verwendet werden. Lediglich beispielhaft zeigt Tabelle 2 hierzu ein mögliches Schichtdesign mit einem Substrat aus SiO₂ und einer Abschlussschicht aus MgF₂. Tabelle 2:

Lage Material Brechzahl Dicke [nm]

1 (Substrat) SiO₂ 1.56

2 MgF₂ 1.42 19.86

3 LaF₃ 1.69 80.91

4 MgF₂ 1.42 36.64

Medium Luft 1
Lediglich beispielhaft zeigt Tabelle 3 ein mögliches Schichtdesign mit einem Substrat aus SiO₂ und einer Abschlussschicht aus SiO₂. Tabelle 3:

Lage Material Brechzahl Dicke [nm]

1 (Substrat) SiO₂ 1.56312

2 MgF₂ 1.44551 21.81

3 LaF₃ 1.72862 29.31

4 MgF₂ 1.44551 19.01

5 SiO₂ 1.58854 12.00

Medium Luft 1
Die Erfindung ist nicht auf die Justage allein hinsichtlich der Wellenfronteigenschaften des optischen Systems beschränkt. Vielmehr kann zusätzlich auch die Justage dahingehend erfolgen, das weitere Eigenschaften (insbesondere das Reflexionsverhalten und/oder das Transmissionsverhalten) des optischen Systems verbessert werden. Dabei haben seitens der Erfinder durchgeführte Untersuchungen ergeben, dass besagte weitere (z.B. Reflexions- oder Transmissions-)Eigenschaften durch die erfindungsgemäße Schichtmanipulation in ein- und demselben Justageverfahren mit verbessert bzw. optimiert werden können.
In den im Folgenden diskutierten Diagrammen zur Erläuterung von mit einer erfindungsgemäßen Schichtmanipulation erzielbaren Veränderungen der optischen Eigenschaften des in seinem Schichtsystem manipulierten optischen Elements 200 wird für die Diagramme von 3a-3b und 4a-4b jeweils das Verhalten für auf das optische Element 200 auftreffendes unpolarisiertes Licht betrachtet, wohingegen in 5a-5b und 6a-6b die Abhängigkeit vom Polarisationszustand betrachtet wird.
In 3a-3b ist für das o.g. Ausführungsbeispiel von 2 und Tabelle 1 die im Falle einer Dickenänderung im Bereich von -2nm bis +2nm resultierende Änderung der Phase (3a) bzw. der Reflektivität (3b) aufgetragen. Dabei entspricht ein negatives Vorzeichen der Dickenänderung einer durch die Schichtmanipulation erzielten Verringerung der Schichtdicke. Des Weiteren wird hier und im Folgenden von einem Inzidenzwinkel von 15° ausgegangen.
Wie aus 3a ersichtlich ist, kann durch eine Änderung der Schichtdicke von 2nm eine Änderung der Phase von etwa 1.5nm erzielt werden. Zugleich liegt gemäß 3b die mit einer solchen Dickenänderung von 2nm einhergehende Änderung der Reflektivität mit etwa 0.15 Prozentpunkten in einem akzeptablen Bereich. Des Weiteren kann durch geeignete Modifikation bzw. Optimierung des Schichtdesigns erreicht werden, dass die Reflektivitätsänderung weniger sensitiv auf eine Dickenänderung reagiert.
Gemäß 4a-4b ist die Abhängigkeit der durch die erfindungsgemäße Schichtmanipulation erzielten Phasen- bzw. Reflektivitätsänderung vom Inzidenzwinkel aufgetragen, wobei jeweils beispielhaft eine Dickenänderung von 1.5nm zugrundegelegt wurde. Wie aus der in 4a hinsichtlich der Phasenwerte gewählten Skala ersichtlich ist, ist die erzielte Phasenänderung bei besagter Schichtmanipulation nahezu unabhängig vom Inzidenzwinkel. Hinsichtlich der gemäß 4b erzielten Reflektivitätsänderung ist ein Vorzeichenwechsel in Abhängigkeit vom Inzidenzwinkel zu beachten.
Wie aus 5a-5b ersichtlich, ist die Abhängigkeit der erfindungsgemäß bei der Schichtmanipulation erzielten Phasenänderung von der Dickenänderung im Wesentlichen unabhängig vom Polarisationszustand der auf das betreffende optische Element auftreffenden elektromagnetischen Strahlung. Hingegen zeigt sich für die jeweils erzielte Reflektivitätsänderung ein gewisser Unterschied im von der Dickenänderung abhängigen Verlauf je nachdem, ob die elektromagnetische Strahlung s- polarisiert oder p-polarisiert ist.
Gemäß 6a-6b ist mit zunehmendem Inzidenzwinkel der hinsichtlich Phasenänderung (6a) bzw. Reflektivitätsänderung (6b) erzielte Unterschied zwischen s- bzw. p-Polarisation stärker ausgeprägt. Hieraus ergibt sich, dass für die Realisierung der erfindungsgemäßen Schichtmanipulation im Falle einer angestrebten Änderung auch des Polarisationszustandes die Anwendung auf ein optisches Element mit vergleichsweise großem Inzidenzwinkel im optischen Strahlengang vorteilhaft ist.
7 zeigt eine schematische Darstellung eines möglichen Aufbaus einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage 700, welche für den Betrieb bei Wellenlängen im DUV-Bereich (d.h. für eine Arbeitswellenlänge von weniger als 250 nm, insbesondere weniger als 200 nm, z.B. ca. 193 nm) ausgelegt ist und eine Beleuchtungseinrichtung 702 und ein Projektionsobjektiv 708 aufweist.
Die Beleuchtungseinrichtung 702, in die Licht einer Lichtquelle 701 eintritt, ist in stark vereinfachter Weise über Linsen 703, 704 und eine Blende 705 symbolisiert. Die Arbeitswellenlänge der Projektionsbelichtungsanlage 700 beträgt in dem gezeigten Beispiel 193 nm bei Verwendung eines ArF-Excimerlasers als Lichtquelle 701. Die Arbeitswellenlänge kann jedoch beispielsweise auch 248 nm bei Verwendung eines KrF-Excimerlasers oder 157 nm bei Verwendung eines F₂-Lasers als Lichtquelle 701 betragen. Zwischen der Beleuchtungseinrichtung 702 und dem Projektionsobjektiv 708 ist eine Maske 707 in der Objektebene OP des Projektionsobjektivs 708 angeordnet, die mittels eines Maskenhalters 706 im Strahlengang gehalten wird. Die Maske 707 weist eine Struktur im Mikrometer- bis Nanometer-Bereich auf, die mittels des Projektionsobjektives 708 beispielsweise um den Faktor 4 oder 5 verkleinert auf eine Bildebene IP des Projektionsobjektivs 708 abgebildet wird. Das Projektionsobjektiv 708 umfasst eine ebenfalls lediglich in stark vereinfachter Weise durch Linsen 709, 710, 711, 712, 720 symbolisierte Linsenanordnung, durch die eine optische Achse OA definiert wird.
In der Bildebene IP des Projektionsobjektivs 708 wird ein durch einen Substrathalter 718 positioniertes und mit einer lichtempfindlichen Schicht 715 versehenes Substrat 716, bzw. ein Wafer, gehalten. Zwischen dem bildebenenseitig letzten optischen Element 720 des Projektionsobjektivs 708 und der lichtempfindlichen Schicht 715 befindet sich ein Immersionsmedium 750, bei dem es sich beispielsweise um deionisiertes Wasser handeln kann.
8 zeigt schematisch im Meridionalschnitt den möglichen Aufbau einer für den Betrieb im EUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.
Gemäß 8 weist die Projektionsbelichtungsanlage 1 eine Beleuchtungseinrichtung 2 und ein Projektionsobjektiv 10 auf. Die Beleuchtungseinrichtung 2 dient dazu, ein Objektfeld 5 in einer Objektebene 6 mit Strahlung einer Strahlungsquelle 3 über eine Beleuchtungsoptik 4 zu beleuchten. Belichtet wird hierbei ein im Objektfeld 5 angeordnetes Retikel 7. Das Retikel 7 ist von einem Retikelhalter 8 gehalten. Der Retikelhalter 8 ist über einen Retikelverlagerungsantrieb 9 insbesondere in einer Scanrichtung verlagerbar. In 8 ist zur Erläuterung ein kartesisches xyz-Koordinatensystem eingezeichnet. Die x-Richtung verläuft in die Zeichenebene hinein. Die y-Richtung verläuft horizontal und die z-Richtung verläuft vertikal. Die Scanrichtung verläuft in 8 längs der y-Richtung. Die z-Richtung verläuft senkrecht zur Objektebene 6.
Das Projektionsobjektiv 10 dient zur Abbildung des Objektfeldes 5 in ein Bildfeld 11 in einer Bildebene 12. Abgebildet wird eine Struktur auf dem Retikel 7 auf eine lichtempfindliche Schicht eines im Bereich des Bildfeldes 11 in der Bildebene 12 angeordneten Wafers 13. Der Wafer 13 wird von einem Waferhalter 14 gehalten. Der Waferhalter 14 ist über einen Waferverlagerungsantrieb 15 insbesondere längs der y-Richtung verlagerbar. Die Verlagerung einerseits des Retikels 7 über den Retikelverlagerungsantrieb 9 und andererseits des Wafers 13 über den Waferverlagerungsantrieb 15 kann synchronisiert zueinander erfolgen.
Bei der Strahlungsquelle 3 handelt es sich um eine EUV-Strahlungsquelle. Die Strahlungsquelle 3 emittiert insbesondere EUV-Strahlung, welche im Folgenden auch als Nutzstrahlung oder Beleuchtungsstrahlung bezeichnet wird. Die Nutzstrahlung hat insbesondere eine Wellenlänge im Bereich zwischen 5 nm und 30 nm. Bei der Strahlungsquelle 3 kann es sich zum Beispiel um eine Plasmaquelle, eine synchrotronbasierte Strahlungsquelle oder um einen Freie-Elektronen-Laser („Free-Electron-Laser“, FEL) handeln. Die Beleuchtungsstrahlung 16, die von der Strahlungsquelle 3 ausgeht, wird von einem Kollektor 17 gebündelt und propagiert durch einen Zwischenfokus in einer Zwischenfokusebene 18 in die Beleuchtungsoptik 4. Die Beleuchtungsoptik 4 weist einen Umlenkspiegel 19 und diesem im Strahlengang nachgeordnet einen ersten (Feld-)Facettenspiegel 20 (mit schematisch angedeuteten Facetten 21) und einen zweiten (Pupillen-)Facettenspiegel 22 (mit schematisch angedeuteten Facetten 23) auf.
Das Projektionsobjektiv 10 weist eine Mehrzahl von Spiegeln Mi (i= 1, 2, ...) auf, welche gemäß ihrer Anordnung im Strahlengang der Projektionsbelichtungsanlage 1 durchnummeriert sind. Bei dem in der 8 dargestellten Beispiel weist das Projektionsobjektiv 10 sechs Spiegel M1 bis M6 auf. Alternativen mit vier, acht, zehn, zwölf oder einer anderen Anzahl an Spiegeln Mi sind ebenso möglich. Der vorletzte Spiegel M5 und der letzte Spiegel M6 weisen jeweils eine Durchtrittsöffnung für die Beleuchtungsstrahlung 16 auf. Bei dem Projektionsobjektiv 10 handelt es sich um eine doppelt obskurierte Optik. Das Projektionsobjektiv 10 hat eine bildseitige numerische Apertur, die lediglich beispielhaft größer als 0.5, insbesondere größer als 0.6, sein kann und die beispielsweise 0.7 oder 0.75 betragen kann.
Bei dem der erfindungsgemäßen Schichtmanipulation unterzogenen optischen Element kann es sich beispielsweise um eine der Linsen 709-712, 720 des Projektionsobjektivs 708 aus 7 oder um einen der Spiegel M1 bis M6 des Projektionsobjektivs 10 aus 8 handeln.
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.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7629572 B2 [0006, 0015]
US 4533449 [0006]
EP 3286595 B1 [0006, 0015]
WO 2017/125362 A1 [0006]
US 10642167 B2 [0042]
US 5963365 [0042]

Claims

Verfahren zur Justage eines optischen Systems, insbesondere für die Mikrolithographie, wobei das optische System eine Mehrzahl von jeweils mit einem optisch wirksamen Schichtsystem versehenen optischen Elementen aufweist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: a) Ermitteln einer durch das optische System im Betrieb in einer vorgegebenen Ebene bereitgestellten Systemwellenfront; b) Ermitteln einer Systemwellenfront-Abweichung zwischen dieser ermittelten Systemwellenfront und einer Soll-Systemwellenfront; und c) Durchführen einer Schichtmanipulation an wenigstens einem der optischen Elemente derart, dass die ermittelte Systemwellenfront-Abweichung reduziert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element im Schritt a) während des Ermittelns der Systemwellenfront beschichtet ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtmanipulation das Durchführen einer lokal variierenden Deposition eines Schichtmaterials auf dem wenigstens einen optischen Element umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtmanipulation das Durchführen eines lokal variierenden Schichtabtrags von dem wenigstens einen optischen Element umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine optische Element eine Abschlussschicht aus Siliziumdioxid (SiO₂) aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtmanipulation das Durchführen einer lokal variierenden Ionenimplantation in dem wenigstens einen optischen Element umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahl einer zur Reduzierung der Systemwellenfront-Abweichung geeigneten Schichtmanipulation unter Verwendung einer zuvor ermittelten Nachschlagtabelle („lookup-table“) erfolgt, in welcher für unterschiedliche Schichtmanipulationen des Schichtsystems des wenigstens einen optischen Elements der jeweilige Wellenfrontbeitrag dieses optischen Elements zur Systemwellenfront aufgeführt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln einer Systemwellenfront-Abweichung zwischen dieser ermittelten Systemwellenfront und einer Soll-Systemwellenfront in einem iterativen Prozess erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchführen einer Schichtmanipulation an dem wenigstens einen optischen Element ferner derart erfolgt, dass für wenigstens eine weitere charakteristische Eigenschaft des optischen Systems die Abweichung zwischen einem vor der Schichtmanipulation gegeben Ist-Wert und einem Soll-Wert reduziert wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine weitere charakteristische Eigenschaft des optischen Systems das Reflexionsverhalten und/oder das Transmissionsverhalten des optischen Systems umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchführen einer Schichtmanipulation an dem wenigstens einen optischen Element ferner derart erfolgt, dass die Polarisationswirkung des optischen Systems verändert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchführen einer Schichtmanipulation an dem wenigstens einen optischen Element ferner derart erfolgt, dass jeweils für das Reflexionsverhalten des optischen Systems, für das Transmissionsverhalten des optischen Systems und für die Polarisationswirkung des optischen Systems die jeweilige Abweichung zwischen einem vor der Schichtmanipulation gegeben Ist-Wert und einem Soll-Wert reduziert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine optische Element, an welchem das Durchführen einer Schichtmanipulation erfolgt, eine Linse ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine optische Element, an welchem das Durchführen einer Schichtmanipulation erfolgt, ein Spiegel ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System ein Abbildungssystem ist.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Ebene eine Bildebene dieses Abbildungssystems ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System für eine Arbeitswellenlänge von weniger als 250 nm, insbesondere weniger als 200 nm, ausgelegt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System für eine Arbeitswellenlänge von weniger als 30 nm, insbesondere weniger als 15 nm, ausgelegt ist.
Optisches System für die Mikrolithographie, welches unter Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18 ausgebildet ist.
Optisches System nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass dieses ein Projektionsobjektiv einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage ist.
Optisches System nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass dieses ein Projektionsobjektiv einer Maskeninspektionsanlage ist.