DE102019200981B3

DE102019200981B3 - Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie

Info

Publication number: DE102019200981B3
Application number: DE102019200981.6A
Authority: DE
Inventors: Bertram Klein
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2019-01-25
Filing date: 2019-01-25
Publication date: 2020-06-25
Anticipated expiration: 2039-01-26
Also published as: CN111487848B; US10955754B2; CN111487848A; US20200241426A1

Abstract

Eine Projektionsbelichtungsanlage (10; 110) für die Mikrolithographie ist dazu konfiguriert, während des Belichtungsvorgangs einen Substrattisch (26) in einer Scanrichtung (28) zu bewegen und umfasst: ein Projektionsobjektiv (30) zur Abbildung von Maskenstrukturen auf ein Substrat (24) während des Belichtungsvorgangs mit einer Manipulationseinrichtung (36), welche dazu konfiguriert ist, einen Abbildungsmaßstab des Projektionsobjektivs in mindestens zwei Richtungen unabhängig voneinander zu verändern, sowie eine Steuerungsvorrichtung (46), welche dazu konfiguriert ist, durch geeignete Ansteuerung der Manipulationseinrichtung in Scanrichtung und quer zur Scanrichtung unterschiedliche Korrekturen des Abbildungsmaßstabes vorzunehmen.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithograhie, welche dazu konfiguriert ist, während eines Belichtungsvorgangs einen Substrattisch in einer Scanrichtung zu bewegen. Mit anderen Worten ist die Projektionsbelichtungsanlage als Step- und Scan-Belichtungsanlage ausgeführt. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung einer Projektionsbelichtungsanlage.
Zur Gewährleistung einer möglichst präzisen Abbildung von Maskenstrukturen auf den Wafer wird ein Projektionsobjektiv mit möglichst geringen Wellenfrontaberrationen benötigt. Projektionsobjektive werden daher mit Manipulatoren ausgestattet, die es ermöglichen, Wellenfrontfehler durch Zustandsveränderung einzelner optischer Elemente des Projektionsobjektivs zu korrigieren. Beispiele für eine derartige Zustandsveränderung umfassen: eine Lageänderung in einem oder mehreren der sechs Starrkörper-Freiheitsgrade des betreffenden optischen Elements, eine Beaufschlagung des optischen Elements mit Wärme und/oder Kälte, und eine Deformation des optischen Elements. Üblicherweise wird dazu die Aberrationscharakteristik des Projektionsobjektivs regelmäßig vermessen und gegebenenfalls werden Änderungen in der Aberrationscharakteristik zwischen den einzelnen Messungen durch Simulation bestimmt. So können beispielsweise Linsenaufheizungseffekte rechnerisch berücksichtigt werden. Die Berechnung der zur Korrektur der Aberrationscharakteristik auszuführenden Manipulatorveränderungen erfolgt mittels eines stellwegsgenerierenden Optimierungsalgorithmus. Derartige Optimierungsalgorithmen sind beispielsweise in WO 2010/034674 A1 beschrieben.
Weiterer relevanter Stand der Technik findet sich in US 2011/0122383 A1 , US 5 710 619 A , sowie US 2005/0041230 A1 .
Erfordert die Korrektur der Aberrationscharakteristik eine Korrektur des Abbildungsmaßstabs in Scanrichtung, so wird diese herkömmlicherweise durch eine Anpassung der Scanbewegungsprofile des Substrattisches sowie eines Maskentisches vorgenommen. Dies führt jedoch regelmäßig zu einer „Verschmierung“ des Waferbildes, was in der Fachwelt auch als „Fading“ bekannt ist.
Zugrunde liegende Aufgabe
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Projektionsbelichtungsanlage bereitzustellen, womit die vorgenannten Probleme gelöst werden, und insbesondere der Effekt einer Verschmierung des Waferbildes verringert bzw. komplett verhindert wird.
Erfindungsgemäße Lösung
Die vorgenannte Aufgabe kann erfindungsgemäß beispielsweise gelöst werden mit einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie, welche dazu konfiguriert ist, während des Belichtungsvorgangs einen Substrattisch in einer Scanrichtung zu bewegen. Die erfindungsgemäße Projektionsbelichtungsanlage umfasst ein Projektionsobjektiv zur Abbildung von Maskenstrukturen auf ein Substrat während des Belichtungsvorgangs mit einer Manipulationseinrichtung, welche dazu konfiguriert ist, einen Abbildungsmaßstab des Projektionsobjektivs in mindestens zwei Richtungen unabhängig voneinander zu verändern. Damit ist die Manipulationseinrichtung dazu konfiguriert, den Abbildungsmaßstab richtungsaufgelöst zu verändern. Weiterhin umfasst die erfindungsgemäße Projektionsbelichtungsanlage eine Steuerungsvorrichtung, welche dazu konfiguriert ist, durch geeignete Ansteuerung der Manipulationseinrichtung in Scanrichtung und quer zur Scanrichtung unterschiedliche Korrekturen des Abbildungsmaßstabes vorzunehmen.
Mit anderen Worten ist die Projektionsbelichtungsanlage als Step-und-Scan-Belichtungsanlage konfiguriert. Bei einer derartigen Step-und-Scan-Belichtungsanlage, welche oft auch als „Scanner“ bezeichnet wird, werden während der Abbildung einer Maske auf einen Wafer die Maske und der Wafer relativ zueinander bewegt. Der Abbildungsmaßstab definiert das Verhältnis zwischen der Bildgröße und der realen Objektgröße der abgebildeten Objektstruktur, d.h. das Verhältnis zwischen der Größe der Objektstruktur in der Objektebene, aus der diese abgebildet wird, und der Größe des Bildes der Objektstruktur in der Bildebene. Die Steuerungsvorrichtung ist dazu konfiguriert, die Manipulationseinrichtung dazu zu veranlassen, in Scanrichtung eine Korrektur des Abbildungsmaßstabes vorzunehmen, welche sich von einer Korrektur des Abbildungsmaßstabes quer zur Scanrichtung unterscheidet. Damit erfolgt hiermit eine asymmetrische Korrektur des Abbildungsmaßstabs. Der Abbildungsmaßstab quer zur Scanrichtung ist gemäß einer Ausführungsform ein Abbildungsmaßstab entlang einer Richtung, welche mindestens 30°, insbesondere mindestens 40° oder mindestens 60° von der Scanrichtung abweicht. Beispielsweise kann der Abbildungsmaßstab quer zur Scanrichtung der Abbildungsmaßstab sein, welcher senkrecht zur Scanrichtung gemessen wird.
Unter unterschiedlichen Korrekturen des Abbildungsmaßstabes ist zu verstehen, dass der Korrekturfaktor, mit dem der Abbildungsmaßstab in Scanrichtung und quer dazu verändert wird, unterschiedlich ist. Zum Beispiel kann die Korrektur darin bestehen, dass der Abbildungsmaßstab in Scanrichtung um 3% und quer zur Scanrichtung um lediglich 2% vergrößert wird.
Die erfindungsgemäß vorgesehene Korrektur des Abbildungsmaßstabs des Projektionsobjektivs in Scanrichtung ermöglicht eine Reduzierung des Effekts der Waferbildverschmierung bei gleichzeitiger unabhängig davon ausgeführter Korrektur eines Maßstabsfehlers quer zur Scanrichtung.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Manipulationseinrichtung dazu konfiguriert, den Abbildungsmaßstab in den mindestens zwei Richtungen um Faktoren zu verändern, die sich um mindestens 10%, insbesondere um mindestens 20% oder um mindestens 30%, voneinander unterscheiden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Projektionsobjektiv anamorphotisch konfiguriert. Unter einem anamorphotischen Projektionsobjektiv ist zu verstehen, dass der ohne Einfluss der Manipulationseinrichtung vorliegende Abbildungsmaßstab sich in zwei zueinander orthogonalen Richtungen unterscheidet. Gemäß einer Ausführungsvariante ist der Abbildungsmaßstab in Scanrichtung zur 8-fachen Verkleinerung und quer zur Scanrichtung zur 4-fachen Verkleinerung konfiguriert. Bei einem derartigen anamorphotischen Projektionsobjektiv besteht besonders oft Bedarf für eine asymmetrische Korrektur des Abbildungsmaßstabs während des Betriebs. Gemäß einer Ausführungsform des anamorphotischen Projektionsobjektivs weicht der ohne Einfluss der Manipulationseinrichtung vorliegende Abbildungsmaßstab des Projektionsobjektivs in Scanrichtung und quer zur Scanrichtung um mindestens 10% voneinander ab. Das heißt, der unmanipulierte Abbildungsmaßstab des Projektionsobjektivs unterscheidet sich in Scanrichtung und quer dazu um mindestens 10%, insbesondere um mindestens 20%.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Steuerungsvorrichtung dazu konfiguriert, während des Belichtungsvorgangs die Scanbewegung des Substrattisches auf eine Scanbewegung eines Maskentisches abzustimmen und einen dabei mittels unterschiedlicher Scangeschwindigkeiten erzeugten effektiven Abbildungsmaßstab der Projektionsbelichtungsanlage in Scanrichtung durch geeignete Modifikationen in den Abläufen der Scanbewegungen des Maskentisches und des Substrattisches zu steuern, und die Steuerungsvorrichtung ist weiterhin dazu konfiguriert, den Abbildungsmaßstab des optischen Projektionsobjektivs in Scanrichtung mittels der Manipulationseinrichtung an den mittels der unterschiedlichen Scangeschwindigkeiten erzeugten effektiven Abbildungsmaßstab der Projektionsbelichtungsanlage in Scanrichtung anzugleichen, insbesondere auf den gleichen Wert einzustellen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Manipulationseinrichtung zumindest einen Formmanipulator zur asymmetrischen Formveränderung eines zugeordneten optischen Elements des Projektionsobjektivs. Dies dient dazu, eine asymmetrische Korrektur des Abbildungsmaßstabs des Projektionsobjektivs vorzunehmen, d.h. der Abbildungsmaßstab wird in einer Richtung quer zur optischen Achse anders verändert als in einer anderen Richtung quer zur optischen Achse. Gemäß einer Ausführungsvariante ist der Formmanipulator dazu konfiguriert, das zugeordnete optische Element mit Druck zu beaufschlagen. Dies erfolgt insbesondere mit in Bezug auf das optische Element radial nach innen gerichtetem Druck, beispielsweise an zwei gegenüberliegenden Punkten am Randbereich des optischen Elements. Dies führt zu einem Verbiegen des optischen Elements durch randseitiges Zusammendrücken desselben.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das dem Formmanipulator zugeordnete optische Element nicht pupillennah im Projektionsobjektiv angeordnet. Mit anderen Worten ist das dem Formmanipulator zugeordnete optische Element nicht in einer Pupillenebene des Projektionsobjektivs oder nahe einer derartigen Pupillenebene angeordnet. Gemäß einer Ausführungsform weist das betreffende optische Element ein Subaperturverhältnis von höchstens 0,7, insbesondere von höchstens 0,6 auf. Wie beispielsweise in US2013/0188246A1 erläutert, ist der Subaperturdurchmesser durch den maximalen Durchmesser einer jeweiligen Fläche gegeben, die bei Abbildung eines beliebigen aber fest gewählten Punktes des Objektfeldes auf dem optischen Element beleuchtet wird. Der optisch freie Durchmesser ist der Durchmesser des kleinsten Kreises um eine jeweilige Referenzachse des entsprechenden optischen Elements, welcher den bei Abbildung des gesamten Objektfeldes beleuchteten Teil des optischen Elements beinhaltet. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das dem Formmanipulator zugeordnete optische Element feldnah angeordnet. Unter einer feldnahen Anordnung des Formmanipulators ist zu verstehen, dass das Subaperturverhältnis kleiner als 0,5, insbesondere kleiner als 0,1 ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Manipulationseinrichtung weiterhin einen Translationsmanipulator zur Verschiebung eines weiteren optischen Elements parallel zu einer optischen Achse des Projektionsobjektivs. Dieser Manipulator ermöglicht insbesondere eine symmetrische Korrektur des Abbildungsmaßstabs des Projektionsobjektivs.
Gemäß einer Ausführungsvariante ist das dem Translationsmanipulator zugeordnete optische Element nicht pupillennah im Projektionsobjektiv angeordnet ist. Mit anderen Worten ist das dem Translationsmanipulator zugeordnete optische Element nicht in einer Pupillenebene des Projektionsobjektivs oder nahe einer derartigen Pupillenebene angeordnet. Gemäß einer Ausführungsform weist das betreffende optische Element ein Subaperturverhältnis von höchstens 0,9, insbesondere von höchstens 0,7 oder von höchstens 0,6 auf. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das dem Translationsmanipulator zugeordnete optische Element feldnah angeordnet. Unter einer feldnahen Anordnung ist zu verstehen, dass das Subaperturverhältnis des dem Translationsmanipulator zugeordneten optischen Elements kleiner als 0,5, insbesondere kleiner als 0,1 ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Manipulationseinrichtung mehrere Bewegungsmanipulatoren zur Bewegung zugeordneter optischer Elemente des Projektionsobjektivs in insgesamt einer Vielzahl an Starrkörperfreiheitsgraden, wobei die Steuerungsvorrichtung dazu konfiguriert ist, die Bewegungsmanipulatoren unter Ausnutzung zumindest eines Teils der Starrkörper-Freiheitsgrade zur Bewirkung einer asymmetrischen Korrektur des Abbildungsmaßstabs des Projektionsobjektivs zu bewegen. Diese Anordnung wird in diesem Text auch als „virtueller Manipulator“ bezeichnet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Steuerungsvorrichtung dazu konfiguriert, zur Bewirkung der asymmetrischen Korrektur des Abbildungsmaßstabs die Manipulatoren unter Ausnutzung von mindestens zwanzig, insbesondere von mindestens dreißig oder von mindestens fünfzig, der Starrkörper-Freiheitsgrade, zu bewegen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Projektionsbelichtungsanlage zum Betrieb im EUV-Wellenlängenbereich ausgelegt. Der vorstehend beschriebene virtuelle Manipulator ist insbesondere gut für EUV-Projektionsbelichtungsanlagen geeignet.
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 eine Veranschaulichung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie,
2 eine Veranschaulichung unterschiedlicher Scanpositionen eines Belichtungsschlitzes während eines Belichtungsvorgangs,
3 ein die Verschiebung von Bildpunkten in Scanrichtung in Abhängigkeit von der Position auf einem Waferfeld veranschaulichendes Diagramm bei einer gemäß dem Stand der Technik ausgeführten Korrektur des Abbildungsmaßstabs,
4 ein die Verschiebung von Bildpunkten in Scanrichtung in Abhängigkeit von der Position auf einem Waferfeld veranschaulichendes Diagramm bei einer erfindungsgemäß ausgeführten Korrektur des Abbildungsmaßstabs, sowie
5 eine Veranschaulichung einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie.

Detaillierte Beschreibung erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele
In den nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen bzw. Ausführungsformen oder Ausführungsvarianten sind funktionell oder strukturell einander ähnliche Elemente soweit wie möglich mit den gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen. Daher sollte zum Verständnis der Merkmale der einzelnen Elemente eines bestimmten Ausführungsbeispiels auf die Beschreibung anderer Ausführungsbeispiele oder die allgemeine Beschreibung der Erfindung Bezug genommen werden.
Zur Erleichterung der Beschreibung ist in der Zeichnung ein kartesisches xyz-Koordinatensystem angegeben, aus dem sich die jeweilige Lagebeziehung der in den Figuren dargestellten Komponenten ergibt. In 1 verläuft die x-Richtung senkrecht zur Zeichenebene in diese hinein, die z-Richtung nach rechts und die y-Richtung nach oben.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform 10 einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie. Die vorliegende Ausführungsform ist zum Betrieb im UV-Wellenlängenbereich, d.h. mit elektromagnetischer Strahlung von beispielsweise 365 nm, 248 nm oder 193 nm, ausgelegt.
Die Projektionsbelichtungsanlage 10 gemäß 1 umfasst eine Belichtungsstrahlungsquelle 12 zur Erzeugung von Belichtungsstrahlung 14. Die Belichtungsstrahlung 14 durchläuft zunächst ein Beleuchtungssystem 16 und wird von diesem auf eine Maske 18 gelenkt. Das Beleuchtungssystem 16 ist dazu konfiguriert, unterschiedliche Winkelverteilungen der auf die Maske 18 auftreffenden Belichtungsstrahlung 14 zu erzeugen. Abhängig von einem vom Benutzer gewünschten Beleuchtungsmodus, auch „Beleuchtungssetting“ genannt, konfiguriert das Beleuchtungssystem 16 die Winkelverteilung der auf die Maske 18 auftreffenden Belichtungsstrahlung 14. Beispiele für wählbare Beleuchtungsmoduseinstellungen umfassen eine sogenannte Dipol-Beleuchtung, annulare Beleuchtung und Quadrupolbeleuchtung.
Die Maske 18 weist Maskenstrukturen zur Abbildung auf ein Substrat in Gestalt eines Wafers 24 auf und ist auf einem Maskentisch in Gestalt einer Maskenverschiebebühne 20 verschiebbar gelagert. Der Wafer 24 ist auf einem Substrattisch in Gestalt einer Waferverschiebebühne 26 verschiebbar gelagert. Die Projektionsbelichtungsanlage 10 ist als sogenannte Step-und-Scan-Belichtungsanlage ausgeführt. Während eines Belichtungsvorgangs, bei dem die gesamte Maske 18 auf den Wafer 24 abgebildet wird, wird die Maskenverschiebebühne 20 in einer Scanrichtung 22 und die Waferverschiebebühne 26 in einer Scanrichtung 28 bewegt. Die Bewegungssteuerung der Verschiebebühnen 20 und 26 erfolgt dabei durch eine zentrale Belichtungssteuerungseinheit 40 mittels entsprechender Steuersignale S1 und S2. Die Scanrichtungen 22 und 28 der Maskenverschiebebühne 20 bzw. der Waferverschiebebühne 26 können zueinander entgegengesetzt sein, wie in der in 1 veranschaulichten Ausführungsform gezeigt. In dieser Ausführungsform wird während eines Belichtungsvorgangs die Maske 18 in positiver y-Richtung und der Wafer 24 in negativer y-Richtung gescannt. In einer alternativen Ausführungsform können die Scanrichtungen 22 und 28 auch gleichgerichtet sein.
Die Belichtungsstrahlung 14 tritt in der Ausführungsform gemäß 1 durch die Maske 18 und durchläuft daraufhin ein Projektionsobjektiv 30, welches dazu konfiguriert ist, die Maskenstrukturen auf den Wafer 24 abzubilden. Das Projektionsobjektiv 30 weist in der Ausführungsform gemäß 1 neunzehn optische Elemente E1 bis E19 auf. Die optischen Elemente E1 bis E7 sowie E10 bis E19 sind als Transmissionslinsen und die optischen Elemente E8 sowie E9 als Spiegel konfiguriert. Den optischen Elementen E2, E3, E6, E8, E11 und E16 ist jeweils ein Manipulator M1 bis M6 zugeordnet. Das vorliegende Projektionsobjektiv 30 weist sowohl in x-Richtung als auch in y-Richtung einen Abbildungsmaßstab von 1:4 auf, d.h. Maskenstrukturen werden in beiden Dimensionen um den Faktor vier verkleinert auf den Wafer 24 abgebildet. Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist das Projektionsobjektiv 30 anamorphotisch konfiguriert, d.h. der Abbildungsmaßstab in x-Richtung unterscheidet sich vom Abbildungsmaßstab in y-Richtung.
Der dem optischen Element E2 zugeordnete Manipulator M1 ist dazu konfiguriert, den Rand des als dünne Linse ausgeführten optischen Elements E2 an mindestens zwei gegenüberliegenden Punkten mit nach innen gerichtetem Druck zu beaufschlagen, sodass die Krümmung des optischen Elements E2 verstärkt wird. Mit anderen Worten ermöglicht der Manipulator M1 ein Verbiegen des optischen Elements E2 durch randseitiges Zusammendrücken und damit das Bewirken einer asymmetrischen Formveränderung des optischen Elements E2. Der Manipulator M1 wird daher in dieser Schrift auch als „Formmanipulator“ bezeichnet. Während die Richtung des Zusammendrückens grundsätzlich unterschiedlich orientiert sein kann, wird dem Manipulator M1 im Folgenden der Einfachheit halber lediglich ein Manipulator-Freiheitsgrad zugewiesen (Kompression in y-Richtung gemäß 1), dessen Stellwegseinstellung mit x₁ bezeichnet wird.
Das optische Element E2 ist derart im Strahlengang des Projektionsobjektivs 30 angeordnet, dass es ein Subaperturverhältnis von weniger als 0,9 und vorzugsweise von höchstens 0,5 aufweist. Das optische Element E2 ist damit nicht pupillennah im Projektionsobjektiv 30 angeordnet. Wie vorstehend erwähnt, wird das Subaperturverhältnis eines optischen Elements durch den Quotienten aus Subaperturdurchmesser und optisch freiem Durchmesser gebildet.
Aufgrund der nicht pupillennahen Anordnung des optischen Elements E2 bewirkt die vorstehend beschriebene, mittels des Manipulators M1 bewirkte, asymmetrische Formveränderung des optischen Elements E2 eine asymmetrische Korrektur eines Abbildungsmaßstabs des Projektionsobjektivs, und zwar die Korrektur des Abbildungsmaßstabs in y-Richtung. Der Abbildungsmaßstab definiert das Verhältnis zwischen der Bildgröße und der realen Objektgröße der abgebildeten Objektstruktur, d.h. das Verhältnis zwischen der Größe der Objektstruktur in der Objektebene, aus der diese abgebildet wird, d.h. der Maskenebene, und der Größe des Bildes der Objektstruktur in der Bildebene, d.h. der Waferebene. Der Abbildungsmaßstab in y-Richtung definiert entsprechend das Verhältnis zwischen der Bildgröße und der realen Objektgröße jeweils in y-Richtung.
Der Manipulator M2 ermöglicht eine Verschiebung des ihm zugeordneten optischen Elements E3 in x- und y-Richtung und damit im Wesentlichen parallel zur Ebene, in der die optischen Oberflächen des optischen Elements E3 liegen. Das heißt, der Manipulator M2 weist zwei Starrkörper-Freiheitsgrade, nämlich eine Verschiebung in x-Richtung und eine Verschiebung in y-Richtung, auf.
Der dem optischen Element E6 zugeordnete Manipulator M3, der dem optischen Element E11 zugeordnete Manipulator M5 sowie der dem optischen Element E16 zugewiesene Manipulator M6 ermöglichen jeweils eine Verschiebung bzw. Translation der zugeordneten optischen Elemente E6, E11 bzw. E16 in z -Richtung und damit im Wesentlichen entlang der optischen Achse des Projektionsobjektivs 30. Man spricht daher auch von einer axialen Verschiebung. Der Manipulator M6 wird in diesem Text auch als „Translationsmanipulator“ bezeichnet. Den Manipulatoren M3, M5 und M6 ist damit jeweils ein Manipulator-Freiheitsgrad zugewiesen, wobei die Stellwegseinstellung des Manipulators M5 mit x₅ bezeichnet wird.
Insbesondere der Manipulator M5 ermöglicht eine symmetrische Korrektur des Abbildungsmaßstabs des Projektionsobjektivs 30. Dies wird durch eine nicht pupillennahe Anordnung des diesem zugeordneten optischen Elements E11 ermöglicht. Dazu weist das optische Element E11 ein Subaperturverhältnis von weniger als 0,9 und vorzugsweise von höchstens 0,5 auf.
Der dem als Spiegel ausgeführten optischen Element E8 zugeordnete Manipulator M4 dient der aktiven Verformung der Spiegeloberfläche von E8 durch gezielte Aktuierung eines oder mehrerer Punkte der Spiegeloberfläche in einer quer zur Spiegeloberfläche angeordneten Richtung. Ein mit einem derartigen Manipulator versehender Spiegel ist auch als deformierbarer Spiegel bekannt.
Die Projektionsbelichtungsanlage 10 umfasst weiterhin einen Stellwegsermittler 42, welcher dazu konfiguriert ist, aus einer aktuellen Zustandscharakterisierung 34 des Projektionsobjektivs 30 mittels Optimierungsrechnung einen Stellwegbefehl 44 zu erzeugen. Der Stellwegbefehl 44 umfasst Stellwege X_i . Zum einen umfassen die Stellwege X_i Korrekturvorgaben X_Mx sowie X_My bezüglich einer Korrektur des effektiven Abbildungsmaßstabs der Projektionsbelichtungsanlage 10 in x-Richtung (X_Mx ) und in y-Richtung (X_My ). Zum anderen umfassen die Stellwege X_i zeichnerisch nicht veranschaulichte weitere Korrekturvorgaben für die Manipulatoren des Projektionsobjektivs 30. Insbesondere können diese weiteren Korrekturvorgaben direkte Stellwegsvorgaben für die Manipulatoren M2, M3, M4 und M6 oder Signale umfassen, aus denen mittels einer Datenverarbeitungseinrichtung Stellwegsvorgaben für die Manipulatoren M2, M3, M4 und M6 ermittelt werden.
Gemäß der in 1 veranschaulichten Ausführungsform umfasst die aktuelle Zustandscharakterisierung 34 Aberrationsparameter, die mittels einer Wellenfrontmessung am Projektionsobjektiv 30 ermittelt werden. Diese Aberrationsparameter werden mittels einer in der Waferverschiebebühne 26 integrierten Wellenfrontmesseinrichtung 32 gemessen. Eine derartige Messung kann etwa regelmäßig nach jeder Belichtung eines Wafers oder jeweils nach Belichtung eines kompletten Wafersatzes erfolgen. Alternativ kann anstatt einer Messung auch eine Simulation oder eine Kombination aus Simulation und reduzierter Messung vorgenommen werden.
Der Stellwegsermittler 42 kann weiterhin dazu konfiguriert sein, bei der Ermittlung des Stellwegbefehls 44 neben der vorstehend erwähnten aktuellen Zustandscharakterisierung 34 des Projektionsobjektivs 30 auch vom Zustand des Projektionsobjektivs 20 unabhängige Prozessvorgaben zu berücksichtigen, welche nachstehend auch „externe Prozessvorgaben“ bezeichnet werden. Insbesondere gilt dies für die Ermittlung der Korrekturvorgaben X_Mx sowie X_My des effektiven Abbildungsmaßstabs der Projektionsbelichtungsanlage 10 in x-Richtung und in y-Richtung, d.h. Vorgaben für eine asymmetrische Maßstabskorrektur. Gemäß unterschiedlicher Ausführungsform kann die Ursache für eine derartige asymmetrische Maßstabskorrektur (X_Mx verschieden von X_My ) in dem Zustand des Projektionsobjektivs 20 und/oder in externen Prozessvorgaben liegen, d.h. die Ursache kann auch ausschließlich durch externe Prozessvorgaben bedingt sein und damit unabhängig von der Zustandscharakterisierung 34 des Projektionsobjektivs 30 sein.
Ein Beispiel für die Notwendigkeit einer asymmetrischen Maßstabskorrektur aufgrund externer Prozessvorgaben betrifft die Wärmeausdehnung des Wafers 24, die aufgrund leichter Temperaturänderungen zwischen verschiedenen Prozessschritten variieren kann und in diesem Fall auch bei einem perfekten, vollkommen fehlerfreien Projektionsobjektiv kompensiert werden müsste. Wenn also eine Schicht auf dem Wafer 24 bereits bei einer bestimmten Temperatur belichtet wurde und damit dort schon Strukturen vorhanden sind, und der Wafer 24 beim aktuellen Belichtungsvorgang, etwa wegen Wechsels des Reinraums und/oder der Belichtungsanlage, eine andere Temperatur aufweist, und sich deshalb seine Ausdehnung geändert hat, muss der Abbildungsmaßstab bei der Belichtung einer weiteren Schicht so angepasst werden, dass die neuen Strukturen exakt auf den bereits aufgebrachten Strukturen zu liegen kommen. Diese sind jedoch durch die Änderung der Wärmeausdehnung gegenüber ihrem ursprünglichen Zustand bei der Belichtung verzerrt.
Da sich der Wafer 24 bei einer Temperaturänderung im Wesentlichen in radialer Richtung ausdehnt, ergibt sich schon allein daraus die Notwendigkeit einer asymmetrischen Maßstabskorrektur. Ein Feld am zentralen oberen Rand des Wafers 24 wird die radiale Ausdehnung im Wesentlichen als eine Maßstabsänderung in y-Richtung (Hochachse) erfahren, während ein Feld am rechten oder linken Rand des Wafers die radiale Änderung im Wesentlichen als eine Maßstabsänderung in x-Richtung (Querachse) erfahren wird. Für alle anderen Felder ergeben sich entsprechend der Projektion eines radialen Ausdehnungsvektors auf x- und y-Achse alle dazwischen liegenden Verhältnisse der x- und y-Ausdehnung und entsprechende asymmetrische Anforderungen an eine Maßstabskorrektur.
Die vom Stellwegsermittler 42 ermittelten Korrekturvorgaben X_Mx sowie X_My des effektiven Abbildungsmaßstabs der Projektionsbelichtungsanlage 10 werden an eine Steuerungsvorrichtung 46 übermittelt. Die Steuerungsvorrichtung 46 dient der Umsetzung der die x- und y-Koordinaten des effektiven Abbildungsmaßstabs der Projektionsbelichtungsanlage 10 betreffenden Korrekturvorgaben X_Mx sowie X_My durch Ansteuerung einer die Manipulatoren M1 und M5 umfassenden Manipulationseinrichtung 36 sowie Übermittlung von Korrekturwerten ΔS1 und ΔS2 an die zentrale Belichtungssteuerungseinheit 40. Die Korrekturwerte ΔS1 und ΔS2 betreffen Korrekturen an den von der zentralen Belichtungssteuerungseinheit 40 ausgegebenen Steuersignalen S1 und S2 an die Maskenverschiebebühne 20 bzw. die Waferverschiebebühne 26. Die Ansteuerung der Manipulatoren M1 und M5 erfolgt durch Übermittlung eines jeweiligen Stellwegs x₁ bzw. x₅ durch die Steuerungsvorrichtung 46.
Wie nachstehend unter Bezugnahme auf die 2 bis 4 im Detail erläutert, werden die Stellwege x₁ und x₅ sowie die Steuersignale S1 und S2 von der Steuerungsvorrichtung 46 derart gewählt, dass deren Steuerungswirkung dazu führt, den Abbildungsmaßstab des Projektionsobjektivs 30 in y-Richtung, d.h. in Scanrichtung 22 bzw. 28, mittels der Manipulatoren M1 und M5 an den effektiven Abbildungsmaßstab der Projektionsbelichtungsanlage 10 in y-Richtung anzugleichen. Der effektive Abbildungsmaßstab der Projektionsbelichtungsanlage 10 wird mittels der Steuersignale S1 und S2 durch Vorgabe unterschiedlicher Scangeschwindigkeiten in Form unterschiedlicher Scanbewegungsprofile für die Maskenverschiebebühne 20 sowie die Waferverschiebebühne 26 bewirkt.
In 2 wird ein bei einem Belichtungsvorgang belichtetes Feld 48 auf dem Wafer 24 in unterschiedlichen Scanpositionen A, B und C der Waferverschiebebühne 26 veranschaulicht. Zur Orientierung sind im Feld 48 des Wafers 24 jeweils drei Feldpunkte P1, P2 und P3 eingezeichnet. Bei einem derartigen Belichtungsvorgang wird die gesamte Maske 28 auf das Feld 48 abgebildet. Danach erfolgt eine Versetzung des Wafers 24 an eine neue Waferposition und die gesamte Maske 28 wird in einem weiteren Belichtungsvorgang auf ein benachbartes weiteres Feld auf dem Wafer 24 abgebildet. Das Procedere der Versetzung und des Ausführens eines Belichtungsvorgangs erfolgt solange, bis im Wesentlichen die gesamte Oberfläche des Wafers 24 belichtet ist.
Wie bereits vorstehend beschrieben, wird bei einem Belichtungsvorgang die Waferverschiebebühne 26 in Scanrichtung 28 relativ zum Projektionsobjektiv 30 bewegt. Die Scanrichtung 28 der Waferverschiebebühne 26 ist in der Zeichnung in Richtung der negativen y-Koordinatenachse orientiert. Aufgrund der Verschiebung des Wafers 24 in negativer y-Richtung bewegt sich im Bezugssystem des Wafers 24 während des Belichtungsvorgangs das vom Projektionsobjektiv 30 auf dem Wafer 24 erzeugte Belichtungsfeld, welches im Folgenden als Belichtungsschlitz 50 bezeichnet wird, in positiver y-Richtung innerhalb des Feldes 48. Diese Bewegung ist aus den in 2 veranschaulichten Darstellungen der im zeitlichen Verlauf nacheinander eingenommenen Scanpositionen A, B und C ersichtlich.
Der Belichtungsschlitz 50 weist in y-Richtung eine Ausdehnung w auf. In dem im linken Bereich von 2 dargestellten Feld 48 befindet sich die Waferverschiebebühne 26 in der Scanposition A zu Beginn des Belichtungsvorgangs. In dieser Scanposition befindet sich im Bezugssystem des Wafers 24 der Belichtungsschlitz 50 am unteren Rand des Feldes 48 und zwar derart, dass der Feldpunkt P1 in y-Richtung im Zentrum des Belichtungsschlitzes 50 angeordnet ist, d.h. vom unteren Rand des Belichtungsschlitzes 50 den Abstand w/2 aufweist, wie in 2 veranschaulicht. Der Feldpunkt P2 ist um den Abstand w/2 oberhalb des Feldpunktes P1 angeordnet. Daher befindet sich der Feldpunkt P2 in der Scanposition A am oberen Rand des Belichtungsschlitzes 50.
In dem im zentralen Bereich von 2 dargestellten Feld 48 befindet sich die Waferverschiebebühne 26 in der Scanposition B in der Mitte der Scanbewegung. In dieser Scanposition ist im Bezugssystem des Wafers 24 der Belichtungsschlitz 50 im Zentrum des Feldes 48 angeordnet und zwar derart, dass der Feldpunkt P1 am unteren Rand des Belichtungsschlitzes 50, der Feldpunkt P2 im Zentrum des Belichtungsschlitzes 50 und der Feldpunkt P3, welcher um den Abstand w/2 oberhalb des Feldpunktes P2 positioniert ist, am oberen Rand des Belichtungsschlitzes 50 angeordnet ist.
In dem im rechten Bereich von 2 dargestellten Feld 48 befindet sich die Waferverschiebebühne 26 in der Scanposition C am Ende des Belichtungsvorgangs. In dieser Scanposition ist im Bezugssystem des Wafers 24 der Belichtungsschlitz 50 am oberen Rand des Feldes 48 angeordnet, und zwar derart, dass der Feldpunkt P2 am unteren Rand des Belichtungsschlitzes 50 und der Feldpunkt P3 im Zentrum des Belichtungsschlitzes 50 positioniert ist.
Für den Fall, in dem der Abbildungsmaßstab in y-Richtung einer Korrektur bedarf, werden die Scanbewegungsprofile der Maskenverschiebebühne 20 sowie der Waferverschiebebühne 26 leicht abgeändert. Soll etwa eine positive Maßstabskorrektur in y-Richtung erfolgen, d.h. die bei der Belichtung erzeugten Waferstrukturen im unteren Bereich des Feldes 48 in negative y-Richtung und die Waferstrukturen im oberen Bereich des Feldes 48 in positive y-Richtung verschoben werden, so werden die Scanbewegungsprofile der Maskenverschiebebühe 22 sowie der Waferverschiebebühne 26 derart abgeändert, dass der Wafer 24 in der Scanposition A und damit am Anfang des Scanvorgangs der Maske 18 im Vergleich zum unkorrigierten Zustand etwas hinterher läuft. Dieser Vorgang ist linken Bereich von 2 mittels des strichliert dargestellten scankorrigierten Feldes 48a dargestellt. Das Feld 48a ist an der Scanposition A gegenüber dem nicht scankorrigierten Feld 48 und dem Belichtungsschlitz 50 um den Abstand Δy_s nach oben versetzt, d.h. das Feld 48a läuft bezugnehmend auf die in negativer y-Richtung orientierte Scanrichtung 28 um den Abstand Δy_s gegenüber dem unkorrigierten Zustand (Feld 48) hinterher. Die Punkte P1, P2 und P3 im hinterher laufenden Feld 48a sind in Gestalt von Kreislinien dargestellt und als P1a, P2a und P3a bezeichnet.
Der dem Punkt P1 entsprechende Maskenpunkt wird jedoch weiterhin im Zentrum des Belichtungsschlitzes 50 auf den Wafer 24 abgebildet, d.h. an dem Ort an dem im unkorrigierten Zustand der Punkt P1 abgebildet würde (Abstand w/2 oberhalb des unteren Randes des Belichtungsschlitzes 50). Damit wird die Bildstruktur am Punkt P1 beim korrigierten Scanvorgang effektiv um Δy_s in die negative y-Richtung verschoben.
In der Scanpositon B in der Mitte des Scanvorgangs ist die Position des Feldes 48a mit der Position des Feldes 48 im unkorrigierten Zustand identisch. Das heißt, der Wafer 24 ist in der Scanposition B synchron zum unkorrigierten Zustand, er läuft also der Maske 18 nicht mehr hinterher.
In der Scanposition C am Ende des Scanvorgangs hingegen läuft der Wafer 24 der Maske 18 im Vergleich zum unkorrigierten Zustand etwas voraus. Dieser Vorgang ist im rechten Bereich von 2 mittels des strichliert dargestellten scankorrigierten Feldes 48a dargestellt. Das Feld 48a ist an der Scanposition C gegenüber dem nicht scankorrigierten Feld 48 und dem Belichtungsschlitz um den Abstand -Δy_s nach unten versetzt, d.h. das Feld 48a läuft bezugnehmend auf die in negativer y-Richtung orientierte Scanrichtung 28 um den Abstand -Δy_s gegenüber dem unkorrigierten Zustand voraus. Die Punkte P1, P2 und P3 im voraus laufenden Feld 48a sind in Gestalt von Kreislinien dargestellt und als P1a, P2a und P3a bezeichnet.
Der dem Punkt P3 entsprechende Maskenpunkt wird jedoch weiterhin im Zentrum des Belichtungsschlitzes 50 auf den Wafer 24 abgebildet, d.h. an dem Ort an dem im unkorrigierten Zustand der Punkt P3 abgebildet würde (Abstand w/2 oberhalb des unteren Randes des Belichtungsschlitzes 50). Damit wird die Bildstruktur am Punkt P3 beim korrigierten Scanvorgang effektiv um Δy_s in die positive y-Richtung verschoben.
Durch die vorstehend beschriebene Modifikation der Scanbewegungsprofile der Maskenverschiebebühne 20 sowie der Waferverschiebebühne 26 erfolgt damit eine effektive Korrektur des mittels des Belichtungsvorgangs erzeugten Abbildungsmaßstabs in y-Richtung. Wie erläutert, ist der resultierende Abbildungsmaßstab durch die Scanbewegungsprofile bedingt und wird nur nachranging durch den Abbildungsmaßstab des Projektionsobjektivs 30 selbst bestimmt. In Abgrenzung zum letztgenannten Abbildungsmaßstab wird daher in diesem Text der resultierende Abbildungsmaßstab in Scanrichtung als „effektiver Abbildungsmaßstab“ der Projektionsbelichtungsanlage 10 bezeichnet.
Der Einfluss des Abbildungsmaßstabs des Projektionsobjektivs 30 in y-Richtung auf die bei einem Abbildungsvorgang erzeugten Waferstrukturen wird in 3 anhand einer typischerweise im Stand der Technik vorliegenden Situation, in der in x-Richtung eine andere Maßstabskorrektur als in y-Richtung vorzunehmen ist, erläutert. In dieser Situation wird die vorgegebene Maßstabskorrektur in x-Richtung mittels einer symmetrischen Korrektur des Abbildungsmaßstabes des Projektionsobjektivs 30, beispielsweise durch z-Verschiebung eines feldnah angeordneten optischen Elements des Projektionsobjektivs 30, vorgenommen. Diese Korrektur führt dazu, dass auch der Abbildungsmaßstab des Projektionsobjektivs 30 in y-Richtung, d.h. in Scanrichtung 28, diese Korrektur erfährt.
Die aufgrund der symmetrischen Korrektur erfolgende Veränderung des Abbildungsmaßstabes des Projektionsobjektivs 30 in y-Richtung ist in 3 anhand einer Verkippung der jeweils die Ausdehnung des Belichtungsschlitzes 50 in y-Richtung in den verschiedenen Scanpositionen A, B und C darstellenden Linien sichtbar. In dem Diagramm gemäß 3 wird die Verschiebung Δy_W von Bildpunkten auf dem Wafer 24 gegenüber einer jeweiligen Sollposition in Abhängigkeit von der y-Koordinate des Waferfeldes 48 dargestellt. An der Abszissenachse sind die Positionen der Feldunkte P1, P2 und P3 im Feld 48 eingezeichnet. Die bereits zuvor erwähnten schrägen Linien veranschaulichen die jeweilige Verschiebung Δy_W der in der jeweiligen Scanposition A, B bzw. C entlang der y-Ausdehnung des Belichtungsschlitzes 50 auf dem Wafer 24 erzeugten Bildpunkte.
In der Scanposition A wird, wie bereits mit Bezug auf 2 erläutert, aufgrund des durch die Scanprofile bewirkten Hinterherlaufens des Wafers 24, der im Zentrum des Belichtungsschlitzes 50 liegende Waferpunkt P1 um Δy_w= -Δy_s verschoben (vgl. 3). In der Scanposition B erfolgt für den dann im Zentrum des Belichtungsschlitzes 50 liegenden Waferpunkt P2 keine derartige Verschiebung aufgrund der Scanprofile, d.h. Δy_w= 0. In der Scanposition C hingegen wird aufgrund des durch die Scanprofile bewirkten Vorauslaufens des Wafers 24 der dann im Zentrum des Belichtungsschlitzes 50 liegende Waferpunkt P3 um Δy_w= +Δy_s verschoben. Im Diagramm gemäß 3 wird die durch die Scanprofile bewirkte Bildpunktverschiebung mittels eines gestrichelten Pfeils 52 verdeutlicht, welcher durch die jeweiligen Mittelpunkte der den Beleuchtungsschlitz 50 an den Scanpositionen A, B und C veranschaulichenden Linien verläuft.
Wie bereits vorstehend erwähnt, bewirkt die im vorliegenden Beispiel aus dem Stand der Technik veranschaulichte symmetrische Korrektur des Abbildungsmaßstabs des Projektionsobjektivs 30 eine jeweilige Verkippung der Linien 50 gegenüber dem unkorrigierten Fall, in dem die Linien 50 horizontal ausgerichtet wären. Diese Verkippung führt jeweils am oberen Rand des Beleuchtungsschlitzes 50 in der Darstellung gemäß 2 bzw. am rechten Rand des Beleuchtungsschlitzes 50 in der Darstellung gemäß 3 zu einer zusätzlichen Verschiebung des Bildpunktes am Wafer um Δy_PO . Analog dazu erfolgt am linken Rand des Beleuchtungsschlitzes 50 in der Darstellung gemäß 3 eine Verschiebung des entsprechenden Bildpunktes um -Δy_PO . Damit wird beispielsweise der Waferpunkt P2 in der Scanposition A um Δy_w =-Δy_s + Δy_PO verschoben, während dieser Punkt an der Scanposition B um Δy_w =-Δy_s und in der Scanposition um Δy_w =-Δy_s - Δy_PO verschoben wird. Im Ergebnis führt dies zu einer „Verschmierung“ des Waferbildes, was in der Fachwelt auch als „Fading“ bekannt ist.
Erfindungsgemäß wird diese Bildverschmierung durch geeignete Einstellung der x- und y-Komponenten des Abbildungsmaßstabs des Projektionsobjektivs 30 verhindert oder zumindest stark verringert. Wie bereits unter Bezugnahme auf 1 erläutert, werden in der veranschaulichten Ausführungsform die Stellwege x₁ und x₅ derart gewählt, dass der Abbildungsmaßstab des Projektionsobjektivs 30 in y-Richtung, an den durch die Scanprofile bewirkten effektiven Abbildungsmaßstab der Projektionsbelichtungsanlage 10 angeglichen wird. Der Abbildungsmaßstab des Projektionsobjektivs 30 in x-Richtung wird unabhängig vom y-Abbildungsmaßstab auf den benötigten Korrekturwert eingestellt.
4 veranschaulicht die Angleichung des y-Abbildungsmaßstabs des Projektionsobjektivs 30 an den effektiven Abbildungsmaßstab der Projektionsbelichtungsanlage 10 gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. 4 zeigt das Diagramm aus 3 mit dem Unterschied, dass in diesem der y-Abbildungsmaßstab des Projektionsobjektivs 30 derart gewählt ist, dass die die Ausdehnung des Belichtungsschlitzes 50 darstellenden schrägen Linien in den Scanpositionen A, B und C derart stark verkippt sind, dass sie parallel zum die scanbedingte Bildpunktverschiebung veranschaulichenden Pfeil 52 verlaufen. Mit anderen Worten, ist in der Ausführungsform gemäß 4 der y-Abbildungsmaßstab des Projektionsobjektivs 30 derart gewählt, dass dieser mit dem durch die Scanprofile bewirkten effektiven Abbildungsmaßstab der Projektionsbelichtungsanlage 10 identisch ist.
Bezogen auf den Waferpunkt P2 heißt das etwa, dass an diesem Punkt in der Scanposition A eine Gesamtverschiebung von Δy_W = -Δy_s + Δy_PO = 0 erfolgt, wobei sich die Gesamtverschiebung Δy_W aus der Überlagerung der aufgrund die unterschiedlichen Scanprofile an der Scanposition A bewirkten Verschiebung -Δy_S mit der aufgrund des y-Abbildungsmaßstabs des Projektionsobjektivs 30 bewirkten Verschiebung Δy_PO des Bildpunktes am rechten Rand des Beleuchtungsschlitzes 50 ergibt. In der Scanposition B ergibt sich für den im Zentrum des Belichtungsschlitzes 50 angeordneten Waferpunkt P2 die gleiche Gesamtverschiebung Δy_W = 0, da hier einerseits die durch die Scanprofile bewirkte Verschiebung gleich null ist und andererseits wegen der zentralen Position im Belichtungsschlitz 50 die durch den y-Abbildungsmaßstab des Projektionsobjektivs 30 bewirkte Verschiebung Δy_PO gleich null ist.
Im Ergebnis bewirkt die Angleichung des y-Abbildungsmaßstabs des Projektionsobjektivs 30 an den effektiven Abbildungsmaßstab der Projektionsbelichtungsanlage 10 gemäß 4, dass die Bildpunkte auf dem Wafer 24 während des Belichtungsvorgangs in jeder Scanposition über die gesamte y-Erstreckung des Belichtungsschlitzes die gleiche Verschiebung erfahren und damit keine Verschmierung wie beim Scanvorgang gemäß 3 mehr erfolgt.
5 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform 110 einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie. Die vorliegende Ausführungsform ist zum Betrieb im EUV-Wellenlängenbereich, d.h. mit elektromagnetischer Strahlung einer Wellenlänge kleiner als 100 nm, insbesondere einer Wellenlänge von etwa 13,5 nm oder etwa 6,7 nm ausgelegt. Aufgrund dieser Betriebswellenlänge sind alle optischen Elemente als Spiegel ausgeführt.
Die Projektionsbelichtungsanlage 110 gemäß 5 umfasst eine Belichtungsstrahlungsquelle 12 zur Erzeugung von Belichtungsstrahlung 14 in Form von EUV-Strahlung. Dazu kann die Belichtungsstrahlungsquelle 12 beispielsweise eine Plasmastrahlungsquelle umfassen. Die Belichtungsstrahlung 14 durchläuft zunächst ein Beleuchtungssystem 16 und wird von diesem auf eine Maske 18 gelenkt. Das Beleuchtungssystem 16 ist wie das Beleuchtungssystem gemäß 1 dazu konfiguriert, unterschiedliche Winkelverteilungen der auf die Maske 18 auftreffenden Belichtungsstrahlung 14 zu erzeugen.
Die Maske 18 weist Maskenstrukturen zur Abbildung auf ein Substrat in Gestalt eines Wafers 24 auf und ist auf einem Maskentisch in Gestalt einer Maskenverschiebebühne 20 verschiebbar gelagert. Die Maske 18 kann, wie in 5 dargestellt, als Reflexionsmaske oder alternativ auch als Transmissionsmaske konfiguriert sein. Die Belichtungsstrahlung 14 wird in der Ausführungsform gemäß 5 an der Maske 18 reflektiert und durchläuft daraufhin ein Projektionsobjektiv 30, welches dazu konfiguriert ist, die Maskenstrukturen auf das Substrat 24 abzubilden. Die Belichtungsstrahlung 14 wird innerhalb des Projektionsobjektivs 30 mittels einer Vielzahl von optischen Elementen in Gestalt von Spiegeln geführt.
Das vorliegende Projektionsobjektiv 30 weist sowohl in x-Richtung als auch in y-Richtung einen Abbildungsmaßstab von 1:4 auf, d.h. Maskenstrukturen werden in beiden Dimensionen um den Faktor vier verkleinert auf den Wafer 24 abgebildet. Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist das Projektionsobjektiv 30 anamorphotisch konfiguriert, d.h. der Abbildungsmaßstab in x-Richtung unterscheidet sich vom Abbildungsmaßstab in y-Richtung. Gemäß einer Ausführungsvariante beträgt in diesem Fall der Abbildungsmaßstab in x-Richtung 1:4 und in y-Richtung 1:8.
Der Wafer 24 ist auf einem Substrattisch in Gestalt einer Waferverschiebebühne 26 verschiebbar gelagert. Wie bei der Projektionsbelichtungsanlage 10 gemäß 1 wird während eines von der Projektionsbelichtungsanlage 110 ausgeführten Belichtungsvorgangs, bei dem die gesamte Maske 18 auf den Wafer 24 abgebildet wird, die Maskenverschiebebühne 20 in einer Scanrichtung 22 und die Waferverschiebebühne 26 in einer Scanrichtung 28 bewegt. Die Bewegungssteuerung der Verschiebebühnen 20 und 26 erfolgt dabei durch eine zentrale Belichtungssteuerungseinheit 40 mittels entsprechender Steuersignale S1 und S2. Die Scanrichtungen 22 und 28 der Maskenverschiebebühne 20 bzw. der Waferverschiebebühne 26 können zueinander entgegengesetzt sein, wie in der in 5 veranschaulichten Ausführungsform gezeigt. In dieser Ausführungsform wird während eines Beleuchtungsvorgangs die Maske 18 in positiver y-Richtung und der Wafer 24 in negativer y-Richtung gescannt.
Das Projektionsobjektiv 30 weist in der Ausführungsform gemäß 5 lediglich vier reflektive optische Elemente RE1 bis RE4 auf. Alle optischen Elemente sind beweglich gelagert. Das Projektionsobjektiv umfasst weiterhin eine Manipulationseinrichtung 36, welcher Bewegungsmanipulatoren zur Bewegung zugeordneter optischer Elemente des Projektionsobjektivs 30 in insgesamt einer Vielzahl an Starrkörper-Freiheitsgraden umfasst. Gemäß einer Ausführungsvariante kann die Anzahl der mittels der Manipulationseinrichtung 36 ansteuerbaren Starrkörper-Freiheitsgrade größer als zwanzig sein. Insbesondere kann jedes der vier optischen Elemente RE1 bis RE4 des Projektionsobjektivs 30 gemäß 5 in allen sechs Starrkörper-Freiheitsgraden (x-, y- und z-Verschiebung sowie Verkippung um x-, y- und z-Achse) manipulierbar sein, in welchem Fall die Anzahl der mittels der Manipulationseinrichtung 36 ansteuerbaren Starrkörper-Freiheitsgrade vierundzwanzig beträgt. Gemäß weiteren, nicht in 5 dargestellten Konfigurationen des Projektionsobjektivs 30 kann die Anzahl der Starrkörper-Freiheitsgrade größer als fünfzig oder größer als hundert sein.
In 5 sind exemplarisch vier derartige Starrkörper-Freiheitsgrade anhand der als Bewegungsmanipulatoren ausgeführten Manipulatoren BM1 bis BM4 veranschaulicht. Dabei ist jedem der optischen Elemente RE1 bis RE4 ein jeweiliger der Manipulatoren BM1 bis BM4 zugeordnet. Die Manipulatoren BM1, BM2 und BM3 ermöglichen jeweils eine Verschiebung der zugeordneten optischen Elemente RE1, RE2 und RE3 in y-Richtung und damit im Wesentlichen parallel zur Ebene, in der die jeweilige reflektierende Oberfläche der optischen Elemente liegt. Damit ermöglicht jeder der Manipulatoren BM1 bis BM3 eine Manipulation des Projektionsobjektivs 30 in einem Starrkörper-Freiheitsgrad.
Der Manipulator BM4 ist dazu konfiguriert, das optische Element RE4 durch Drehung um eine parallel zur y-Achse angeordnete Kippachse 154 zu verkippen. Damit wird der Winkel der reflektierenden Oberfläche von RE4 gegenüber der einfallenden Strahlung verändert. Weitere Freiheitsgrade für die Manipulatoren sind denkbar. So kann beispielsweise eine Verschiebung eines betreffenden optischen Elements quer zu seiner optischen Oberfläche oder eine Rotation um eine senkrecht zur reflektierenden Oberfläche stehende Referenzachse vorgesehen sein.
Allgemein gesprochen, ist jeder der hier dargestellten Manipulatoren BM1 bis BM4 dazu vorgesehen, eine Verlagerung des zugeordneten optischen Elements RE1 bis RE4 unter Ausführung einer Starrkörperbewegung entlang eines vorgegebenen Stellwegs zu bewirkten. Ein derartiger Stellweg kann beispielsweise Translationen in unterschiedlichen Richtungen, Verkippungen und/oder Rotationen in beliebiger Weise kombinieren. Alternativ oder zusätzlich können auch Manipulatoren vorgesehen werden, welche dazu konfiguriert sind, eine anders geartete Veränderung einer Zustandsgröße des zugeordneten optischen Elements durch entsprechende Aktuierung des Manipulators vorzunehmen. Diesbezüglich kann eine Aktuierung beispielsweise durch eine Beaufschlagung des optischen Elements mit einer bestimmten Temperaturverteilung oder einer bestimmten Kräfteverteilung erfolgen. In diesem Fall kann der Stellweg durch eine Veränderung der Temperaturverteilung am optischen Element bzw. das Anlegen einer lokalen Spannung an einem als deformierbare Linse bzw. als deformierbarer Spiegel ausgeführten optischen Element sein.
In der Waferverschiebebühne 26 ist eine Wellenfrontmesseinrichtung 32 integiert, welche der Messung einer aktuellen Zustandscharakterisierung 34 des Projektionsobjektivs 30, etwa in Gestalt von Aberrationsparametern, dient. Die Projektionsbelichtungsanlage 110 umfasst weiterhin einen Stellwegsermittler 42, welcher dazu konfiguriert ist, aus der aktuellen Zustandscharakterisierung 34 des Projektionsobjektivs 30 mittels Optimierungsrechnung einen Stellwegbefehl 44 zu ermitteln. Wie bereits mit Bezug auf 1 erläutert, umfasst der Stellwegbefehl 44 Stellwege X_i . Zum einen umfassen die Stellwege X_i Korrekturvorgaben X_Mx sowie X_My bezüglich einer Korrektur des effektiven Abbildungsmaßstabs der Projektionsbelichtungsanlage 110 in x-Richtung (X_Mx ) und in y-Richtung (X_My ). Zum anderen umfassen die Stellwege X_i zeichnerisch nicht veranschaulichte weitere Korrekturvorgaben für die Manipulatoren BM1 bis BM4 des Projektionsobjektivs 30.
Die vom Stellwegsermittler 42 ermittelten Korrekturvorgaben X_Mx sowie X_My des effektiven Abbildungsmaßstabs der Projektionsbelichtungsanlage 110 werden an eine Steuerungsvorrichtung 46 übermittelt. Die Steuerungsvorrichtung 46 dient der Umsetzung der die x- und y-Koordinaten des effektiven Abbildungsmaßstabs der Projektionsbelichtungsanlage 110 betreffenden Korrekturvorgaben X_Mx sowie X_My durch die die Manipulatoren BM1 bis BM4 umfassenden Manipulationseinrichtung 36 sowie Übermittlung von Korrekturwerten ΔS1 und ΔS2 an die zentrale Belichtungssteuerungseinheit 40. Die Korrekturwerte ΔS1 und ΔS2 betreffen Korrekturen an den von der zentralen Belichtungssteuerungseinheit 40 ausgegebenen Steuersignalen S1 und S2 an die Maskenverschiebebühne 20 bzw. die Waferverschiebebühne 26. Die Ansteuerung der Manipulatoren BM1 bis BM4 erfolgt durch Übermittlung eines jeweiligen Stellwegs x_i für jeden der Starrkörper-Freiheitsgrade durch die Steuerungsvorrichtung 46. Im vorliegenden, der Veranschaulichung dienenden, vereinfachten Fall werden die Stellwege x₁ bis x₄ übermittelt.
Die Stellwege x_i sowie die Steuersignale S1 und S2 werden von der Steuerungsvorrichtung 46 derart gewählt, dass deren Steuerungswirkung dazu führt, den Abbildungsmaßstab des Projektionsobjektivs 30 in y-Richtung, d.h. in Scanrichtung 22 bzw. 28, mittels der Manipulatoren BM1 bis BM4 an den effektiven Abbildungsmaßstab der Projektionsbelichtungsanlage 110 in y-Richtung anzugleichen. Der effektive Abbildungsmaßstab der Projektionsbelichtungsanlage 110 wird mittels der Steuersignale S1 und S2 durch Vorgabe unterschiedlicher Scangeschwindigkeiten in Form unterschiedlicher Scanbewegungsprofile für die Maskenverschiebebühne 20 sowie die Waferverschiebebühne 26 bewirkt.
Die Wirkungsweise der Angleichung des Abbildungsmaßstabs des Projektionsobjektivs 30 in y-Richtung an den mittels der unterschiedlichen Scanbewegungsprofile bewirkten effektiven y-Abbildungsmaßstab der Projektionsbelichtungsanlage wurde bereits vorstehend unter Bezugnahme auf die 2 bis 4 erläutert. Da die Korrektur des Abbildungsmaßstabs der Projektionsobjektivs 30 in x-Richtung durch die gemessene Zustandscharakterisierung 34 und/oder externe Prozessvorgaben vorgegeben ist, ist zur Angleichung des y-Abbildungsmaßstabs des Projektionsobjektivs 30 eine Manipulierbarkeit des y-Abbildungsmaßstabs unabhängig von dem x-Abbildungsmaßstab gemäß der Korrekturvorgaben X_Mx sowie X_My notwendig. Mit anderen Worten wird die Möglichkeit einer asymmetrischen Korrektur des Abbildungsmaßstabs des Projektionsobjektivs 30 benötigt.
Grundsätzlich ist jedoch keiner der von der Steuerungsvorrichtung 46 ansteuerbaren Starrkörper-Freiheitsgrade allein geeignet, eine asymmetrische Korrektur des Abbildungsmaßstabs in der gewünschten Größenordnung zu bewirken. Allerdings bewirken Stellwegsveränderungen an zumindest einigen der Starrkörper-Freiheitsgrade als Nebeneffekt neben der von diesen primär bewirkten Abbildungsfehlerkorrekturen jeweils kleine asymmetrische Veränderungen des Abbildungsmaßstabs. In der vorliegenden Ausführungsform werden die Stellwege x_i von der Steuerungsvorrichtung 46 derart bestimmt, dass sich diese sekundär bewirkten asymmetrischen Veränderungen des Abbildungsmaßstabs in geeigneter Weise aufaddieren und gleichzeitig aber sich die jeweils primär bewirkten Abbildungsfehlerkorrekturen gegenseitig aufheben. Dabei werden vorzugsweise mindestens zwanzig, insbesondere mindestens dreißig oder mindestens fünfzig, Starrkörper-Freiheitsgrade von der Steuerungsvorrichtung 46 geeignet zur Einstellung der Korrekturvorgaben X_Mx sowie X_My manipuliert. Die Manipulationseinrichtung 36 mit der derart konfigurierten Steuerungsvorrichtung 46 wird in diesem Text auch als „virtueller Manipulator“ bezeichnet.
Die durch den Einsatz des virtuellen Manipulators bewirkte Einstellung der Korrekturvorgaben X_Mx sowie X_My im Projektionsobjektiv 30 der Projektionsbelichtungsanlage 110 gemäß 5 wird der bereits unter Bezugnahme auf die Projektionsbelichtungsanlage 10 gemäß 1 beschriebene Betrieb unter Angleichung des Abbildungsmaßstabs des Projektionsobjektivs 30 in y-Richtung an den mittels der unterschiedlichen Scanbewegungsprofile bewirkten effektiven y-Abbildungsmaßstab der Projektionsbelichtungsanlage 110 ermöglicht. Bezüglich weiterer Details dieses Betriebs wird daher auf die vorstehende Beschreibung bezüglich der Projektionsbelichtungsanlage 10 verwiesen.
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: Belichtungsstrahlungsquelle
14: Belichtungsstrahlung
16: Beleuchtungssystem
18: Maske
20: Maskenverschiebebühne
22: Scanrichtung der Maskenverschiebebühne
24: Wafer
26: Waferverschiebebühne
28: Scanrichtung der Waferverschiebebühne
30: Projektionsobjektiv
32: Wellenfrontmesseinrichtung
34: Zustandscharakterisierung
36: Manipulationseinrichtung
40: zentrale Belichtungssteuerungseinheit
42: Steilwegsermittler
44: Stellwegsbefehl
46: Steuerungsvorrichtung
48: Feld auf Wafer
48a: scankorrigiertes Feld
50: Belichtungsschlitz
52: scanbedingte Bildpunktverschiebung
110: Projektionsbelichtungsanlage
154: Kippachse
S1: Steuersignal an Maskenverschiebebühne
S2: Steuersignal an Waferverschiebebühne
ΔS1: Korrekturwert für Steuersignal S1
ΔS2: Korrekturwert für Steuersignal S2
M1 bis M5: Manipulatoren
X₁, X₂, X₃, X₄, X₅: Stellwegseinstellungen
E1 bis E19: optische Elemente
BM1 bis BM4: Bewegungsmanipulatoren
RE1 bis RE4: reflektive optische Elemente

Claims

Projektionsbelichtungsanlage (10; 110) für die Mikrolithographie, welche dazu konfiguriert ist, während des Belichtungsvorgangs einen Substrattisch (26) in einer Scanrichtung (28) zu bewegen und welche umfasst: - ein Projektionsobjektiv (30) zur Abbildung von Maskenstrukturen auf ein Substrat (24) während des Belichtungsvorgangs mit einer Manipulationseinrichtung (36), welche dazu konfiguriert ist, einen Abbildungsmaßstab des Projektionsobjektivs in mindestens zwei Richtungen unabhängig voneinander zu verändern, sowie - eine Steuerungsvorrichtung (46), welche dazu konfiguriert ist, durch geeignete Ansteuerung der Manipulationseinrichtung in Scanrichtung und quer zur Scanrichtung unterschiedliche Korrekturen des Abbildungsmaßstabes vorzunehmen, - wobei die Steuerungsvorrichtung (46) dazu konfiguriert ist, während des Belichtungsvorgangs die Scanbewegung des Substrattisches (26) auf eine Scanbewegung eines Maskentisches (20) abzustimmen und einen dabei mittels unterschiedlicher Scangeschwindigkeiten erzeugten effektiven Abbildungsmaßstab der Projektionsbelichtungsanlage (10; 110) in Scanrichtung durch geeignete Modifikationen in den Abläufen der Scanbewegungen des Maskentisches und des Substrattisches zu steuern, und die Steuerungsvorrichtung weiterhin dazu konfiguriert ist, den Abbildungsmaßstab des optischen Projektionsobjektivs (30) in Scanrichtung (28) mittels der Manipulationseinrichtung (36) an den mittels der unterschiedlichen Scangeschwindigkeiten erzeugten effektiven Abbildungsmaßstab der Projektionsbelichtungsanlage in Scanrichtung anzugleichen.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 1, bei welcher die Manipulationseinrichtung (36) dazu konfiguriert ist, den Abbildungsmaßstab in den mindestens zwei Richtungen um Faktoren zu verändern, die sich um mindestens 10% voneinander unterscheiden.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, bei der das Projektionsobjektiv (30) anamorphotisch konfiguriert ist.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 3, bei welcher der ohne Einfluss der Manipulationseinrichtung (36) vorliegende Abbildungsmaßstab des Projektionsobjektivs (30) in Scanrichtung (28) und quer zur Scanrichtung um mindestens 10% voneinander abweicht.
Projektionsbelichtungsanlage nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei welcher die Manipulationseinrichtung (36) zumindest einen Formmanipulator (M1) zur asymmetrischen Formveränderung eines zugeordneten optischen Elements (E1) des Projektionsobjektivs umfasst.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 5, bei welcher der Formmanipulator (M1) dazu konfiguriert ist, das zugeordnete optische Element (E1) mit Druck zu beaufschlagen.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 5 oder 6, bei welcher das dem Formmanipulator (M1) zugeordnete optische Element (E1) nicht pupillennah im Projektionsobjektiv (30) angeordnet ist.
Projektionsbelichtungsanlage nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei welcher die Manipulationseinrichtung (36) weiterhin einen Translationsmanipulator (M5) zur Verschiebung eines weiteren optischen Elements parallel zu einer optischen Achse des Projektionsobjektivs umfasst.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 8, bei welcher das dem Translationsmanipulator (M5) zugeordnete optische Element (E11) nicht pupillennah im Projektionsobjektiv (30) angeordnet ist.
Projektionsbelichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welcher die Manipulationseinrichtung (36) mehrere Bewegungsmanipulatoren (BM1 - BM4) zur Bewegung zugeordneter optischer Elemente (RE1 -RE4) des Projektionsobjektivs (30) in insgesamt einer Vielzahl an Starrkörperfreiheitsgraden umfasst, wobei die Steuerungsvorrichtung (46) dazu konfiguriert ist, die Bewegungsmanipulatoren unter Ausnutzung zumindest eines Teils der Starrkörper-Freiheitsgrade zur Bewirkung einer asymmetrischen Korrektur des Abbildungsmaßstabs des Projektionsobjektivs zu bewegen.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 10, bei der die Steuerungsvorrichtung (46) dazu konfiguriert ist, zur Bewirkung der asymmetrischen Korrektur des Abbildungsmaßstabs die Manipulatoren (BM1 - BM4) unter Ausnutzung von mindestens zwanzig der Starrkörper-Freiheitsgrade zu bewegen.
Projektionsbelichtungsanlage nach einem der vorausgehenden Ansprüche, welche zum Betrieb im EUV-Wellenlängenbereich ausgelegt ist.