DE60304006T2

DE60304006T2 - Steuerung eines lithographischen Apparates

Info

Publication number: DE60304006T2
Application number: DE60304006T
Authority: DE
Inventors: Johannes Heintze
Original assignee: ASML Netherlands BV
Current assignee: ASML Netherlands BV
Priority date: 2002-05-10
Filing date: 2003-05-08
Publication date: 2006-10-26
Anticipated expiration: 2023-05-09
Also published as: TWI238294B; US20040021840A1; KR100545294B1; US7057705B2; CN1289967C; SG106687A1; JP2003332233A; TW200402605A; KR20030087959A; CN1461976A; DE60304006D1; JP4202181B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine lithographische Projektionsvorrichtung mit:

– einem Bestrahlungssystem zur Bereitstellung eines Projektionsstrahls der Strahlung einschließlich einer gepulsten Strahlungsquelle;
– einer Tragstruktur zum Tragen einer Musterungsvorrichtung, wobei die Musterungsvorrichtung dazu dient, den Projektionsstrahl gemäß einem gewünschten Muster zu mustern;
– einem Substrattisch zum Halten eines Substrats;
– einem Projektionssystem, um den gemusterten Strahl auf einen Zielabschnitt des Substrats zu projizieren; und
– einem Steuersystem, um die Energie der Impulse des Projektionsstrahls zu steuern.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Herstellungsverfahren für einen Baustein, bei der ein solcher Apparat verwendet wird, sowie auf ein Computerprogramm, das ein Computersystem anweist, das Verfahren der Erfindung durchzuführen.
Der Begriff "Musterungsvorrichtung", wie er hier verwendet wird, sollte weitumfassend interpretiert werden als eine Vorrichtung, die dazu verwendet werden kann, um einen hereinkommenden Projektionsstrahl der Strahlung entsprechend einem Muster, das in einem Zielabschnitt des Substrates geschaffen werden soll, mit einem gemusterten Querschnitt zu versehen: der Begriff "Lichtventil" oder "Lichtverstärkerröhre" kann in diesem Zusammenhang ebenfalls verwendet werden. Im allgemeinen wird das Muster einer bestimmten Funktionsschicht in einem Baustein entsprechen, der in dem Zielabschnitt geschaffen wird, wie eine integrierte Schaltung oder ein anderer Baustein (siehe unten). Beispiele für solche Musterungsvorrichtungen sind:

– Eine Maske. Das Konzept einer Maske ist in der Lithographie wohl bekannt und es umfasst Maskenarten wie binäre Masken, alternierende Phasenverschiebung und gedämpfte Phasenverschiebung sowie verschiedene hybride Maskenarten. Je nach dem Maskenmuster verursacht die Platrierung einer solchen Maske in dem Projektionsstrahl der Strahlung eine selektive Übertragung (bei einer übertragbaren Maske) oder eine Reflexion (bei einer reflektierenden Maske) der Strahlung, die auf die Maske auftrifft. Im Falle einer Maske handelt es sich bei der Tragstruktur im allgemeinen um einen Maskentisch, der dafür sorgt, dass die Maske an einer gewünschten Position in dem hereinkommenden Projektionsstrahl der Strahlung gehalten werden kann, und dass sie in Bezug auf den Strahl bewegt oder verschoben werden kann, wenn dies gewünscht wird.
– Eine programmierbare Spiegelanordnung. Ein Beispiel für eine solche Vorrichtung ist eine matrixadressierbare Oberfläche mit einer viskoelastischen Kontrollschicht und einer reflektierenden Oberfläche. Das Grundprinzip hinter einem solchen Apparat besteht darin, dass (beispielsweise) adressierte Bereiche der reflektierenden Oberfläche einfallendes Licht als gebeugtes Licht reflektieren, während nicht adressierte Bereiche einfallendes Licht als nicht gebeugtes Licht reflektieren. Wenn man einen entsprechenden Filter verwendet, kann das nicht gebeugte Licht aus dem reflektierten Strahl herausgefiltert werden, so dass lediglich das gebeugte Licht zurückbleibt ; auf diese Art und Weise wird der Strahl entsprechend dem Adressiermuster der matrix-adressierbaren Oberfläche gemustert. In einer alternativen Ausführungsart einer programmierbaren Spiegelanordnung wird eine Matrixanordnung kleinster Spiegel verwendet, die jeweils einzeln um eine Achse herum geneigt werden können, indem ein entsprechend eingegrenztes elektrisches Feld oder piezoelektrische Betätigungselemente verwendet werden. Auch hier sind die Spiegel wieder matrix-adressierbar, so dass adressierte Spiegel einen hereinkommenden Projektionsstrahl der Strahlung in einer anderen Richtung reflektieren werden als nicht adressierte Spiegel; auf diese Art und Weise wird der reflektierte Strahl entsprechend dem Adressiermuster der matrix-adressierbaren Spiegel gemustert. Die erforderliche Matrix-Adressierung kann unter Verwendung geeigneter elektronischer Einrichtungen durchgeführt werden. In beiden oben beschriebenen Situationen kann die Musterung eine programmierbare Spiegelanordnung oder mehrere programmierbare Spiegelanordnungen umfassen. Weitere Informationen über Spiegelanordnungen wie sie hier erwähnt werden, sind beispielsweise aus dem US-amerikanischen Patent US 5,296,891 und US 5,523,193 und der PCT-Patentanmeldung WO 98/38597 und WG 98/33096 erhältlich, die durch Verweis in diese Patentbeschreibung aufgenommen sind. Im Falle einer programmierbaren Spiegelanordnung kann es sich bei der Tragstruktur beispielsweise um einen Rahmen oder einen Tisch handeln, der je nach Bedarf fest oder beweglich sein kann.
– Eine programmierbare LCD-Anordnung. Ein Beispiel für eine solche Konstruktion wird in dem US-Patent US 5,229,872 genannt, das durch Verweis in diese Patentbeschreibung aufgenommen ist. Wie oben kann es sich bei der Tragstruktur in diesem Fall beispielsweise um einen Rahmen oder um einen Tisch handeln, der je nach Bedarf fest oder beweglich sein kann.

Aus Gründen der Einfachheit kann der Rest dieses Textes an bestimmten Stellen speziell zu Beispielen mit einer Maske und einem Maskentisch geführt werden; doch die allgemeinen Prinzipien, die in diesen Fällen besprochen werden, sollten in dem weitreichenderen Kontext der oben dargestellten Musterungsvorrichtungen gesehen werden.
Lithographische Projektionsvorrichtungen können beispielsweise bei der Herstellung von integrierten Schaltkreisen (ICs) verwendet werden. In einem solchen Fall können die Musterungsvorrichtungen ein Schaltkreismuster erzeugen, das einer einzelnen Schicht des integrierten Schaltkreises (ICs) entspricht, und dieses Muster kann dann auf einen Zielabschnitt (beispielsweise mit einem oder mehreren Plättchen) auf einem Substrat (Silizium-Wafer) abgebildet werden, das mit einer Schicht strahlungsempfindlichem Material (Resist) überzogen wurde. Im allgemeinen besitzt ein einzelnes Wafer ein ganzes Netz aneinander angrenzender Zielabschnitte, die nacheinander und einer nach dem anderen über das Projektionssystem bestrahlt werden. Bei den aktuellen Apparaten, in denen die Musterung durch eine Maske auf einem Maskentisch erfolgt, kann man zwischen zwei verschiedenen Arten von Maschinen unterscheiden. Bei einer Art eines lithographischen Projektionsapparates wird jeder Zielabschnitt bestrahlt, indem das gesamte Maskenmuster in einem Durchgang dem Zielabschnitt ausgesetzt wird; ein solches Gerät wird im allgemeinen Wafer Stepper genannt. Bei einem alternativen Apparat – der allgemein als Step-and-Scan-Apparat bezeichnet wird – wird jeder Zielabschnitt bestrahlt, indem das Maskenmuster unter dem Projektionsstrahl in einer bestimmten Bezugsrichtung (der Abtastrichtung) zunehmend abgetastet wird, während gleichzeitig der Substrattisch parallel oder antiparallel zu dieser Richtung abgetastet wird; da das Projektionssystem im allgemeinen einen Vergrößerungsfaktor M (im allgemeinen < 1) besitzt, beträgt die Geschwindigkeit V, mit der der Substrattisch abgetastet wird, Faktor M mal die Geschwindigkeit, mit der der Maskentisch abgetastet wird. Weitere Informationen in Bezug auf lithographische Vorrichtungen wie die hierin beschriebene können beispielsweise in dem Dokument US 6,046,792 nachgelesen werden, das durch Verweis in diese Beschreibung integriert ist.
In einem Herstellungsverfahren, bei dem ein lithographischer Projektionsapparat verwendet wird, wird ein Muster (beispielsweise in einer Maske) auf ein Substrat abgebildet, das zumindest teilweise von einer Schicht strahlungsempfindlichem Material (Resist) bedeckt ist. Vor diesem Abbildungsschritt kann das Substrat verschiedenen Verfahren unterzogen werden, wie einer Vorbereitung, einem Resist-Überzug und einem soft bake. Nach der Belichtung kann das Substrat weiteren Verfahren unterzogen werden wie einem bake nach der Belichtung (PEB), Entwickeln, hard bake und Messung/Prüfung der abgebildeten Merkmale. Diese Reihe von Verfahren wird als Grundlage dafür verwendet, um eine einzelne Schicht eines Bausteins, z.B. einer integrierten Schaltung (IC), zu bemustern. Eine solche bemusterte Schicht kann dann verschiedenen Verfahren unterzogen werden wie Ätzen, Ionen-Implantation (Dotieren), Metallisieren, Oxidation, chemisch-mechanisches Polieren etc., die alle dazu dienen, eine einzelne Schicht fertigzustellen. Wenn mehrere Schichten erforderlich sind, muss das ganze Verfahren oder eine Variante dieses Verfahrens für jede neue Schicht wiederholt werden. Schließlich wird eine Reihe von Bausteinen auf dem Substrat (Wafer) vorhanden sein. Diese Bausteine werden dann durch eine Technik wie Dicing oder Sawing (Auseinanderschneiden) voneinander getrennt. Danach können die einzelnen Bausteine auf einem Träger montiert werden, mit Stiften verbunden werden, etc. Weitere Informationen über solche Verfahren sind beispielsweise in dem Buch "Microchip Fabrication: A Practical Guide to Semiconductor Processing", [Mikrochipherstellung: Ein praktischer Leitfaden für die Halbleiterverarbeitung], 3. Auflage, von Peter van Zant, McGraw Hill Publishing Co., 1997, ISBN 0-07-067250-4 zu finden.
Aus Gründen der Einfachheit wird das Projektionssystem nachfolgend auch als "Linse" bezeichnet; doch dieser Begriff sollte umfassend interpretiert werden und beinhaltet verschiedene Arten von Projektionssystemen wie beispielsweise lichtbrechende Optik, reflektierende Optik und Katadioptriksysteme. Das Bestrahlungssystem kann auch Komponenten umfassen, die nach einer dieser Konstruktionen für das Lenken, Gestalten oder Steuern des Projektionsstrahls der Strahlung arbeiten, und diese Komponenten können nachstehend ebenfalls zusammen oder einzeln als "Linsen" bezeichnet werden. Der lithographische Apparat kann außerdem derart ausgeführt sein, dass er zwei oder mehr Substrattische (und/oder zwei oder mehr Maskentische) besitzt. Bei diesen "mehrstufigen" Vorrichtungen können die zusätzlichen Tische parallel genutzt werden oder an einem Tisch oder an mehreren Tischen können Vorbereitungsschritte durchgeführt werden, während ein anderer Tisch oder mehrere andere Tische für die Belichtung verwendet werden. Zweistufige lithographische Apparate werden beispielsweise in den Dokumenten US 5,969,441 und WO 98/40791 beschrieben, die durch Verweis in diese Beschreibung integriert werden.
Einige der aktuellen lithographischen Apparate verwenden Excimer-Laser als Strahlungsquelle für die Belichtung. Diese Laser sind gepulst und für eine einzige Belichtung wird eine große Anzahl von Impulsen (shot oder bursts genannt) verwendet. Die in einer Belichtung an das Substrat gelieferte Dosis ist die Summe der Energie, die bei jedem Impuls geliefert wird, so dass die Dosis durch Überwachung der Energie eines jeden Impulses und Verändern der Energie eines nachfolgenden Impulses gesteuert werden kann, um so Abweichungen von der nominalen Impulsenergie auszugleichen. Diese Steuerung kann durch eine Veränderung der angelegten Spannung durchgeführt werden, mit der das Lasermedium in dem Laserhohlraum erregt wird, nachfolgend auch Erregerspannung oder Hochspannung (HV) genannt. Eine andere Einrichtung für diese Steuerung ist ein variabler Dämpfer, der in dem Strahlengang des Bestrahlungssystems des lithographischen Apparates positioniert wird. Dieser Ansatz hat bisher eine angemessene Leistung erbracht, doch um die Forderungen nach einer höheren Leistungsfähigkeit des lithographischen Apparates zu erfüllen, muss die Dosis nach engeren Spezifikationen gesteuert werden, selbst wenn die Anzahl der Impulse je Belichtung reduziert wird, was die Möglichkeit, Dosierfehler zu korrigieren, verringert.
Bei den Excimer-Lasern, die derzeit verwendet werden, handelt es sich um komplexe Einrichtungen, die unter Steuerung ein komplexes Verhalten zeigen. Insbesondere stufenweise Veränderungen in den Betriebsparametern, beispielsweise wenn der Laser am Anfang einer Belichtung oder einer Reihe von Belichtungen eingeschaltet wird, oder wenn es zu einer Veränderung in der Impulsfolgefrequenz oder der Erregerspannung kommt, führen zu großen Stoßschwingungen der Impulsenergie. Um Schwankungen in der auf Substratebene gelieferten Dosis zu vermeiden, müssen diese Stöße und anderes komplexes Verhalten des Lasers von dem Steuersystem für den Laser berücksichtigt werden, was zwangsläufig zu einem komplexen Steuersystem führt. Eine Schlüsselkomponente des Steuersystems ist der Verstärkungsfaktor, der die Übertragungsfunktion zwischen der an den Laserhohlraum angelegten Spannung und der Impulsenergie Ep am Ausgang modelliert.
Eine Feinabstimmung der Parameter des Lasersteuerungssystems ist schwierig und es ist besonders schwer, zeitverändernde Effekte, z.B. die Gasalterung in dem Laserhohlraum, zu berücksichtigen. Ein Verfahren zur Feinabstimmung der Steuerungsparameter besteht darin, unter Verwendung eines spezifischen Bezugsprofils für die Energie je Impuls Testdurchläufe durchzuführen. Doch diese Messungen können nicht während der Belichtungen durchgeführt werden, so dass sich durch die Zeit, die dafür benötigt wird, die Durchsatzleistung der Maschine verringert. In WO 99/0816 wurde vorgeschlagen, die Steuerungsparameter während einer Belichtung abzustimmen, indem dem Sollwert der Impulsenergie eine geringfügige Störgröße hinzugefügt wird, so dass die Steuerung vorübergehend ausgesetzt wird, und dann die Wirkung des gemessenen Ergebnisses zu beobachten. Doch um die Anforderungen der Gleichmäßigkeit der Dosierung zu erfüllen, muss die Störgröße sehr klein gehalten werden. Deshalb dauert es sehr lange und viele Belichtungen sind erforderlich, bis man die erforderlichen Informationen gesammelt hat, um den Verstärkungsfaktor Impulsenergie/Hochspannung zu kalibrieren. Diese Kalibrierung wird nachfolgend als HV-Ep – Kalibrierung bezeichnet.
In WO 01/28048 wird auf der Grundlage von Parametern wie Eingangsenergie und Zeit ein Verfahren und ein Gasnachfüll-Algorithmus für Excimer-Laser und Molekül-Fluor-Laser offenbart.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen lithographischen Apparat zur Verfügung zu stellen, der eine genauere Steuerung der Dosierung liefern kann. Die Erfindung wird durch die Patentansprüche bestimmt.
Durch Verwendung eines Controllers, mindestens erster Ordnung, ermöglicht die vorliegende Erfindung die Einrichtung eines aperiodisch gesteuerten, diskreten Zeitsystems (d.h. eines aperiodisch gedämpften Systems ohne Überschreitungen oder Schwingungen beim Wechsel von einem Zustand in den anderen). Der Erfinder hat ermittelt, dass trotz der scheinbaren Komplexität der gepulsten Strahlungsquellen und ihres Verhaltens, die strukturelle Dynamik der Quelle durch ein Modell erster Ordnung und vorzugsweise durch eine Zeitverzögerung erster Ordnung modelliert werden kann, die z^–1 im z-Bereich entspricht, wobei es sich bei z um eine komplexe Variable handelt. Strukturelle Dynamiken der Quelle umfassen keine parasitischen Effekte und keine Stoßeffekte. Das Steuersystem kann deshalb als einfacher Integrator implementiert werden, z.B. eine rückläufige, diskrete Euler-Zeitapproximation Tz/(z – 1), wobei T die Dauer eines jeden diskreten Zeitintervalls bezeichnet, und die entsprechenden Steuerparameter so eingestellt sind, dass sie eine aperiodische Steuerung oder eine große Annäherung daran durchführen. Außerdem hat der Erfinder ermittelt, dass die Gültigkeit des genannten Modells erster Ordnung unabhängig von der Impulsfolgefrequenz ist, die nachfolgend auch einfach als Folgefrequenz bezeichnet wird, mit der die Quelle betrieben wird. Dies ermöglicht einen Steuerungsaufbau unabhängig von der Folgefrequenz, wobei parasitische Effekte und Stoßeffekte außer Acht gelassen werden. Folglich kann die Dauer eines diskreten Zeitschrittes T bei der rückläufigen Euler-Approximation weggelassen werden, was zu einem Steuersystem führt, bei dem es sich eher um einen Summator (Summenzähler) z/(z – 1) als um einen Integrator handelt. Dies hat den Vorteil, dass unabhängig von der Folgefrequenz eine konstante Steuerungsverstärkung verwendet werden kann, um eine aperiodische Steuerung durchzuführen, vorausgesetzt, es wurde eine richtige HV-Ep-Kalibrierung durchgeführt. Auch wenn parasitische Effekte wie Resonanzfrequenzen des Lasers nicht speziell enthalten sind, hat der beschriebene Controller gegenüber den geläufigen Controllern den Vorteil, dass er gegenüber diesen parasitischen Effekten und auch gegenüber falschen HV-Ep-Kalibrierungen robuster ist.
Ein Feed-Forward Loop kann bereitgestellt werden, um Stoßeffekte vorausschauend zu korrigieren. Die Konstruktion eines von der Folgefrequenz unabhängigen Controllers, der die Stoßeffekte erlernt, die korrigiert werden sollten, kann auf einem Modell der geringsten Ordnung basieren. Der Lernmechanismus für eine Feed-Forward Korrektur kann beispielsweise strukturell das Zeitverzögerungsmodell erster Ordnung in Kombination mit der Summatorsteuerung verwenden, so dass ein aperiodisches Verhalten durchgeführt wird. Das Steuersystem kann wegen sogenannter parasitischer Effekte (parasitische Dynamiken), oder um eine gewisse Robustheit zu liefern, von einer perfekten aperiodischen Steuerung abweichen, d.h. eine Steuerung, die ein zuverlässiges System zur Verfügung stellt, auch wenn einige Systemeigenschaften variieren oder unbekannt sind.
Auch wenn in diesem Text speziell auf die Verwendung des erfindungsgemäßen Apparates bei der Herstellung von ICs (integrierten Schaltungen) Bezug genommen wird, so wird doch ausdrücklich darauf hingewiesen, dass ein solcher Apparat darüberhinaus auch noch viele weitere Anwendungsmöglichkeiten besitzt. So kann er beispielsweise auch bei der Herstellung von integrierten optischen Systemen, Führungs- und Erfassungsmodellen für Magnetblasenspeicher, LCD-Tafeln, Dünnschicht-Magnetköpfen etc. verwendet werden. Der Fachmann wird wissen, dass im Kontext dieser alternativen Anwendungen die Verwendung der Begriffe "Retikel", "Wafer" oder "Chip" in diesem Text als durch die allgemeineren Begriffe "Maske", "Substrat" bzw. "Zielabschnitt" ersetzt angesehen werden sollte.
In diesem Dokument umfassen die Begriffe "Strahlung" und "Strahl" sämtliche Arten elektromagnetischer Strahlung einschließlich Ultraviolettstrahlung (z.B. mit einer Wellenlänge von 248, 193, 157 oder 126 nm) und Extremultraviolettstrahlung (z.B. mit einer Wellenlänge im Bereich von 5 bis 20 nm).
Es werden nun unter Bezugnahme auf die schematischen Begleitzeichnungen Ausführungsarten der Erfindung lediglich anhand von einem Beispiel beschrieben. Es zeigen
1 eine lithographische Projektionsvorrichtung nach einer ersten Ausführungsart der Erfindung;
2 die Strahlungsquelle und bestimmte andere Komponenten des Apparates von 1;
3 ein Steuersystem für die Strahlungsquelle des Apparates von 1;
4 eine Optimalwertsteuerung, die dem Steuersystem von 3 hinzugefügt wird;
5 ein Steuersystem für die Strahlungsquelle einer zweiten Ausführungsart der Erfindung;
6 ein Steuersystem einer dritten Ausführungsart der Erfindung; und die
7 bis 18 Schaubilder, die die Leistungsmessungen der Erfindung darstellen.
Ausführungsart 1
In den Figuren geben die entsprechenden Bezugssymbole die jeweiligen Teile an.
In 1 wird eine lithographische Projektionsvorrichtung gemäß einer bestimmten Ausführungsart der Erfindung schematisch dargestellt. Die Vorrichtung umfasst:
ein Bestrahlungssystem Ex, IL, um einen Projektionsstrahl PB der Strahlung (z.B. Tiefultraviolett-Strahlung) zu liefern, das in diesem speziellen Fall auch eine Strahlungsquelle LA umfasst;
einen ersten Objekttisch (Maskentisch) MT mit einem Maskenhalter zum Halten der Maske R (z.B. ein Retikel), der mit ersten Positionierelementen verbunden ist, um die Maske in Bezug auf Teil PL korrekt zu positionieren;
einen zweiten Objekttisch (Substrattisch) WT mit einem Substrathalter zum Hatten eines Substrats W (z.B. Silizium-Wafer mit Resist-Überzug), der mit zweiten Positionierelementen verbunden ist, um das Substrat in Bezug auf Teil PL korrekt zu positionieren;
ein Projektionssystem ("Linse") PL (z.B. ein lichtbrechendes Linsensystem) zur Abbildung eines bestrahlten Abschnittes der Maske R auf einen Zielabschnitt C (z.B. mit einem Plättchen oder mehreren Plättchen) des Substrats W.
Wie hier veranschaulicht, handelt es sich um einen Transmissionsapparat (der beispielsweise eine übertragbare Maske besitzt). Doch im allgemeinen kann es sich beispielsweise auch um einen reflektierenden Apparat handeln (z.B. mit einer reflektierenden Maske). Alternativ kann der Apparat auch eine andere Art von Musterungsvorrichtung einsetzen wie beispielsweise eine programmierbare Spiegelanordnung der Art, wie sie oben beschrieben worden ist.
Die Quelle LA (z.B. ein Excimer-Laser) erzeugt einen Projektionsstrahl der Strahlung. Dieser Strahl wird entweder direkt oder nach Durchlaufen einer Aufbereitungseinrichtung wie ein Strahl-Expander Ex in eine Beleuchtungseinrichtung (Illuminator) IL eingeführt. Die Beleuchtungseinrichtung IL kann Verstelleinrichtungen AM für die Einstellung der äußeren und/oder inneren radialen Reichweite (im allgemeinen als σ-outer bzw. σ-inner bezeichnet) der Intensitätsverteilung in dem Strahl besitzen. Zusätzlich besitzt er im allgemeinen verschiedene andere Komponenten wie einen Integrator IN und einen Kondensator CO. Auf diese Art und Weise besitzt der Strahl PB, der auf die Maske MA auftrifft, eine gewünschte Gleichmäßigkeit und Intensitätsverteilung in seinem Querschnitt.
Unter Bezugnahme auf 1 sollte darauf hingewiesen werden, dass sich die Strahlungsquelle LA innerhalb des Gehäuses der lithographischen Projektionsvorrichtung befinden kann (wie das oft der Fall ist, wenn es sich bei der Strahlungsquelle LA beispielsweise um eine Quecksilberlampe handelt), doch dass sie sich ebenso auch in einer Entfernung von der lithographischen Projektionsvorrichtung befinden kann, wobei der Projektionsstrahl der Strahlung, der erzeugt wird, in die Vorrichtung hin eingeführt wird (z.B. mit Hilfe geeigneter Richtspiegel); diese letztere Anordnung wird oft dann gewählt, wenn es sich bei der Strahlungsquelle LA um einen Excimer-Laser handelt. Die gegenwärtige Erfindung und Ansprüche umfassen diese beiden Anordnungen.
Der Strahl PB fängt anschließend die Maske R ab, die auf einem Maskentisch MT gehalten wird. Nachdem er die Maske MA durchquert hat, verläuft der Strahl PB durch die Linse PL, die den Strahl PB auf einen Zielabschnitt C des Substrates W fokussiert. Mit Hilfe der zweiten Positionierelemente (und der interferometrischen Messeinrichtung IF) kann der Substrattisch WT exakt bewegt werden, z.B. um die verschiedenen Zielabschnitte C in dem Strahlengang PB zu positionieren. In ähnlicher Art und Weise können die ersten Positionierelemente dazu verwendet werden, um die Maske RA in Bezug auf den Strahlengang PB exakt zu positionieren, z.B. nach dem mechanischen Abruf der Maske R aus einer Maskenbibliothek oder während einer Abtastung (scan). Im allgemeinen erfolgt die Bewegung der Objekttische MT, WT mit Hilfe eines langhubigen Moduls (grobe Positionierung) und eines kurzhubigen Moduls (Feinpositionierung), die in 1 nicht ausdrücklich dargestellt sind. Doch im Falle eines Wafer Steppers (im Gegensatz zu einem Step-and-Scan-Apparat) kann der Maskentisch MT einfach mit einem kurzhubigen Stellorgan verbunden werden, oder er kann befestigt werden. Die Maske R und das Substrat W können mit Hilfe von Masken-Ausrichtungsmarkierungen M1, M2 und Substrat-Ausrichtungsmarkierungen P1, P2 ausgerichtet werden.
Der dargestellte Apparat kann auf zwei verschiedene Arten verwendet werden:

– Im Step-Modus wird der Maskentisch MT im wesentlichen stationär gehalten und ein ganzes Maskenbild wird in einem Durchgang (d.h. einem einzigen "Flash") auf einen Zielabschnitt C projiziert. Der Substrattisch WT wird dann in X- und/oder Y-Richtung verschoben, so dass ein anderer Zielabschnitt C von dem Strahl PB bestrahlt werden kann;
– Im Scan-Modus gilt im wesentlichen die gleiche Anordnung, außer dass ein vorgegebener Zielabschnitt C nicht in einem einzigen "Flash" belichtet wird. Stattdessen kann der Maskentisch MT mit einer Geschwindigkeit v in eine vorgegebene Richtung (die sogenannte 'Scan-Richtung'; z.B. die y-Richtung) bewegt werden, so dass der Projektionsstrahl PB ein Maskenbild abtastet; gleichzeitig wird der Substrattisch WT mit einer Geschwindigkeit V = Mv in die gleiche oder in die entgegengesetzte Richtung bewegt, in der M die Vergrößerung der Linse PL (meistens M = ¼ oder 1/5) ist. Auf diese Art und Weise kann ein relativ großer Zielabschnitt C belichtet werden, ohne dass die Auflösung beeinträchtigt wird.

2 veranschaulicht bestimmte Komponenten der Strahlungsquelle LA und des lithographischen Apparates 1, um die Steuerung der während der Belichtung an das Substrat gelieferten Dosis zu erläutern. Die Strahlungsquelle LA umfasst einen Laserhohlraum LC, der ein Lasermedium, z.B. KrF, enthält, das durch Hochspannung erregt wird, die von einem Hochspannungs-Stromversorgungsgerät HVPS geliefert wird. Bei Betätigung eines Auslösers TR sendet der Laserhohlraum einen Impuls kohärenter Strahlung aus. Diese Energie wird durch eine Photozelle PC gemessen. Aus verschiedenen Gründen kann sich die Strahlungsquelle LA außerhalb des Reinraums befinden, in dem der lithographische Apparat 1 aufgestellt ist und somit wird der Projektionsstrahl PB über ein Rohr BD zu dem lithographischen Apparat geführt, das ein mit Gas ausgespültes Rohr und Spiegel umfassen kann, um den Projektionsstrahl PB um Ecken herum zu lenken.
In dem lithographischen Apparat 1 durchquert der Projektionsstrahl PB einen variablen Dämpfer VAT, weitere optische Komponenten des Beleuchtungssystems IL-O wie beispielsweise die Verstelleinrichtungen AM, den Integrator IN und den Kondensator CO, um die Maske R zu beleuchten. Ein Bild des Maskenmusters wird sodann mit dem Projektionssystem PL auf den Zielabschnitt des Substrats W projiziert. Ein Energiesensor ES wird hinter einen teilweise versilberten Spiegel soweit wie möglich nach unten entlang der Ausbreitung des Projektionsstrahls in dem Beleuchtungssystem IL positioniert und misst die Energie eines festgelegten Bruchteils, z.B. 1 %, des Projek tionsstrahls. Auf dem Wafertisch kann auch ein Spotsensor zur Verfügung gestellt werden, der für eine Offline-Kalibrierung der Vorrichtung verwendet wird, doch er kann keine Messung der Impulsenergie während einer Belichtung liefern.
Bei einem bekannten lithographischen Apparat wird die Strahlungsquelle so eingestellt, dass sie Impulse konstanter Energie liefert, und Feedback-Steuerung auf der Basis der Impulsenergie verwendet, wie sie von der Photozelle PC gemessen wird, um die Hochspannung HV zu regulieren, die auf den Laserhohlraum LC angewendet wird. Die Steuerung der an das Substrat gelieferten Dosis basiert auf der Intensität des Strahls, wie sie von dem Energiesensor ES gemessen und unter Verwendung des variablen Dämpfers VAT durchgeführt wird. Jede Belichtung wird aus einer großen Anzahl von Impulsen, z.B. 50 oder mehr, aufgebaut, und die gewünschte Gesamtdosis für eine Belichtung wird durch die Anzahl von Impulsen dividiert und ergibt eine Zielenergie für jeden Impuls. Der variable Dämpfer wird mit festgelegten Einstellungen verwendet, um große Intensitätsschwankungen durchzuführen. Man wird verstehen, dass die Gesamtdosis bei einer Abtastbelichtung über die Breite des Beleuchtungsschlitzes in Scanning- oder Abtastrichtung korrekt sein muss, so dass die Dosis innerhalb einer Anzahl von Impulsen, die unter anderem von der Impulsfolgefrequenz, der Abtastgeschwindigkeit und von der Breite des Beleuchtungsschlitzes abhängen, korrekt sein muss.
3 veranschaulicht das integrierte Steuersystem der ersten Ausführungsart der Erfindung. Bei diesem System ist der variable Dämpfer auf einen festgelegten Grad der Dämpfung eingestellt und wurde aus Gründen der Klarheit aus der Zeichnung weggelassen. Das Steuersystem 10 hat als Eingang eine gewünschte Impulsenergie Ep_ref, die als Impulsenergie-Sollwert wirkt. Von diesem Subtraktor 14 wird die Impulsenergie Ep_m des vorhergehenden Impulses abgezogen, die von dem Energiesensor ES gemessen wurde, und sie ergibt den Impulsenergiefehler Ep_err, und das Ergebnis wird an einen einfachen Summator 12 geliefert. Ein Verstärker 11 wendet einen Verstärkungsfaktor und einen Versatz auf den summierten Impulsenergiefehler an, was die HV-Ep Transferfunktion repräsentiert. Die Ausgabe des Verstärkers 11 bestimmt die Hochspannung, die auf den Laser LA angewendet wird, und somit die Ausgangsimpulsenergie. Der Summator 12 kann als eine rückläufige, diskrete Euler-Zeitapproximation eines Integrators Tz/(z – 1) implementiert werden – mit einem normalisierten Verstärkungsfaktor 1/T (infolge der Unabhängigkeit der Folgefrequenz von dem Modell der Strahlungsquelle). Die oben beschriebenen Komponenten bilden einen grundlegenden Feedback-Loop, der den Hauptteil des Steuersystems bildet. Der Verstärker 11 hat als Parameter Werte für den Verstärkungsfaktor und den Versatz, die über die Eingänge 11a, 11b in einer Art und Weise aktualisiert werden, wie sie unten beschrieben wird.
Der Erfinder dieser Erfindung hat ermittelt, dass die strukturellen Dynamiken des Lasers ohne die parasitischen Effekte und die Stoßeffekte als einfaches, diskretes Zeitsystem erster Ordnung wirken, d.h. die Impulsenergie hängt nur von dem letzten hohen Spannungswert ab, der zuvor an den Laser geliefert wurde, und seine Transferfunktion wird nur mit z^–1 angegeben. Der Feedback-Loop des Steuersystems 10 ist deshalb von der geringsten Ordnung und ermöglicht es, dass die aperiodische Steuerung durch entsprechende Anpassung des Verstärkungswertes des Verstärkers 11 eingerichtet werden kann. Der Verstärkungswert zum Erreichen der aperiodischen Steuerung kann bestimmt werden durch Verwendung der Leistungsmessungen für gleitenden Mittelwert (Moving Average) und gleitende Standardabweichung (Moving Standard Deviation) oder durch Verwendung der unten beschriebenen Offline- oder Online-HV-Ep-Kalibrierungsmethoden.
Zusätzlich zu dem oben beschriebenen Feedback-Loop besitzt das Steuersystem 10 eine Feed Forward Korrektur Ep_corr, die durch den Prädiktor 13 bestimmt wird. Wie in 3 gezeigt, wird die Feed Forward Korrektur in Impulsenergie ausgedrückt und vor dem Verstärker 11 hinzugefügt. Alternativ lässt sich die Feed Forward Korrektur auch als Hochspannungskorrektur berechnen und nach dem Verstärker 11 hinzufügen. In einer einfachen Implementierung kann die Feed Forward Korrektur eine Schätzung erster Ordnung der ursprünglichen Hochspannung repräsentieren, die auf den Laserhohlraum anzuwenden ist. Eine Option zur Reduzierung eines möglichen negativen Einflusses aufgrund der Verwendung einer solchen einfachen Implementierung der Feed Forward Korrektur besteht darin, die ersten Impulse auf eine geschlossene Blende (closed shutter) oder Abdecklamellen (masking blades) in dem Beleuchtungssystem IL zu "übertragen". Mit der Feed Forward Korrektur, wie sie oben vorgestellt wurde, können auch Stoßeffekte korrigiert werden, wie weiter unten besprochen wird.
Es ist bekannt, dass das Stoßverhalten gegenwärtiger Strahlungsquellen beispielsweise mit der Zeit und/oder mit Veränderungen in den Betriebsparametern der Strahlungsquelle variiert. In 4 ist eine Optimalwertsteuerung abgebildet, die das Stoßverhalten, das vorausschauend korrigiert werden sollte, automatisch erlernt. In der Servosteuerungstheorie existieren verschiedene Steuerungsmethoden wie repetitiv, adaptativ, iterativ und lernend, die auch Kombinationen untereinander bilden können. Für diesen Controller wurde die Theorie der iterativen Lernsteuerung (Iterative Learning Control) auf einen Laser anwendbar gemacht, indem man explizit die Folgefrequenz des unabhängigen Modells der geringsten Ordnung und das Steuerungs-Design verwendet. Der Vorteil der Verwendung dieser Theorie besteht darin, dass die Controllerkonstruktion weniger empirisch wird, aber auf früheren verwendeten und bekannten Steuerverfahren basiert.
Der Lernalgorithmus wird mit dem Impulsenergie-Fehlervektor [Ep_err,b] gespeist, der eine Zeitreihe Ep_err = (Ep_ref – Ep_m) von mindestens einem Teil eines vollständigen Burst enthält, wobei b die Burst-Zahl anzeigt und [x] eine Notation für einen Vektor x ist. Auf der Grundlage dieses Fehlervektors wird ein Korrekturbegriff [f_b+1] erlernt und nach der folgenden Aktualisierungsregel in einem Speicher MEM gespeichert [fb+1] = Q(z)·(λ[fb] + μ[Eperr,b]) (1) wobei Q(z) ein diskreter Zeitfilter, μ ein Lernfaktor, λ ein Vergessensfaktor ist und Q(z)·[x] anzeigt, dass der Vektor [x] mit einem diskreten Zeitfilter Q(z) gefiltert wird. Bei einem nächsten Burst wird dieser gespeicherte Korrekturbegriff als Feed Forward-Korrekturbegriff verwendet und über Vorhersagefilter B(z) in den Steuerkreis injiziert. Wenn bei einem ersten Burst(d.h. b = 1) kein Wissen über eine anfängliche, transiente Kompensation vorhanden ist, dann kann der Speicher mit Null (d.h. [f_b=1] ist ein Vektor von Nullen) definiert werden, was tatsächlich keine transiente Kompensation während dieses ersten Bursts bedeutet. Bitte beachten Sie, dass die Länge des Vektors [Ep_err,b] gleich der Anzahl von Impulsen in einem Burst sein kann. Um Ressourcenanforderungen in Bezug auf Speicher und Rechenleistung des Computersystems zu reduzieren, auf dem der Lernalgorithmus implementiert wird, wird für die Länge des Vektors [Ep_err,b] vorzugsweise ein Maximum angenommen. Wenn ein Burst mehr Impulse als dieses Maximum enthält, werden die letzten r Abtastwerte des Korrekturbegriffs [f_b] linear auf Null gebracht. Mit diesem Mechanismus wird die Injektion einer stufenweisen Störung in dem gesteuerten System am Ende des Vektors [f_b] verhindert, welche die (Dosier)-Leistung des lithographischen Apparates negativ beeinflussen würde. Die maximale Länge von Vektor [Ep_err,b] wurde zwischen 50 und 1000 Pulsen und r zwischen 10 und 100 variiert. Die Leistung des Lernalgorithmus ist für diese Parameter nicht sehr empfindlich, solange die maximale Länge des Vektors [Ep_err,b] – r das Stoßverhalten der Strahlungsquelle umfasst. Bei den aktuellen Lasersystemen scheint eine maximale Länge von 300 mit r gleich 50 eine sichere Wahl zu sein.
Die Lern- und Vergessensfaktoren (μ bzw. λ) können so abgestimmt werden wie es zweckmäßig erscheint. Der Vergessensfaktor λ kann kleiner als Eins gewählt werden, um die sich verändernden Eigenschaften der Stöße der Strahlungsquelle zu berücksichtigen, damit beispielsweise ein Teil des Stoßverhaltens (das vorausschauend korrigiert werden sollte), das irrelevant geworden ist, vergessen werden kann. Der Lernfaktor μ ist ein Gewichtsfaktor neuer Informationen, die in [Ep_err,b] enthalten sind, im Vergleich zu den vorhandenen Informationen in [f_b]. Indem μ kleiner als Eins gewählt wird, reagiert der Lernalgorithmus nicht stark auf das Breitbandrau schen, das in dem Fehlersignal [Ep_err,b] vorhanden ist, doch er erhält andererseits eine niedrigere Lerngeschwindigkeit. Es ist anzumerken, dass der Lernalgorithmus (oder die Aktualisierungsregel) abgeschaltet ist, wenn eine ausreichende Korrektur der repetitiven Störung erlernt wird. Dies ist nicht geeignet für eine transiente Kompensation der Strahlungsquelle, da sich das Stoßverhalten beispielsweise über der Zeit und/oder mit einer Veränderung in den Betriebsparametern verändert. Dieser letztere Aspekt hat zu der Einführung von Abstimmungsparametern wie Lern- und Vergessensfaktoren geführt. In einem speziellen Beispiel der Optimalwertsteuerung werden die Parameterwerte λ = 0,85 und μ = 0,5 verwendet.
Der Robustheitsfilter Q(z) sorgt für die Konvergenz des Lernalgorithmus trotz parasitischer Dynamiken, die in der Strahlungsquelle vorhanden sein können. Wenn man den Filter Q(z) normalisiert auf die Nyquist-Frequenz konstruiert, so wird die Folgefrequenz des Lern-Vorwärtskorrektur-Verfahrens dadurch unabhängig. Besondere Aufmerksamkeit wird dem Phasenverhalten des Robustheitsfilters Q(z) geschenkt. Da eine durch diese Filterung eingeführte Phase die zeitlichen Aspekte des Korrekturbegriffs zerstören kann, werden eine Nullphasenfilterung oder ein Filter angewendet, der ein Linearphasenverhalten zeigt. Die Anwendung dieser Techniken ist aufgrund der Tatsache möglich, dass der nächste Korrekturbegriff [f_b+1] innerhalb einer Burst-Pause berechnet wird. Der Robustheitsfilter Q(z) kann ein Filter mit einem niedrigen Durchlass zweiter Ordnung und mit einer Abschaltfrequenz von 0,25 Mal der Folgefrequenz sein. Mit einem solchen Filter wird Vorwärts-Filtern und umgekehrtes digitales Filtern durchgeführt, so dass das Ergebnis genau eine Nullphasenverzerrung ergibt sowie eine Größe, die durch das Quadrat der Größen-Response des Filters verändert wird (d.h. tatsächlich Filtern der vierten Ordnung). Besondere Aufmerksamkeit wird auch dem Anfangszustand des Filters gewidmet, so dass die Filter-Stoßeffekte keinen negativen Einfluss auf den Informationsgehalt beim Start des Korrekturvektors [f_b+1] haben. Es ist zu beachten, dass zwischen dem Robustheitsfilter Q(z), dem Lernfaktor μ und dem Vergessensfaktor λ eine gewisse Abhängigkeit besteht.
Die Ausführung des Vorhersagefilters B(z) hängt direkt von der strukturellen Dynamik der Strahlungsquelle und dem Steuerungs-Design der geringsten Ordnung ab so dass die aperiodische Steuerung durchgeführt werden kann). Gemäß dem Standard-ILC-Design wird der Filter B(z) idealerweise als die Umkehrung der Verfahrensempfindlichkeit konstruiert, die für die Strahlungsquelle z(z/(z – 1)) beträgt. Da ein Teil dieses Filters mit dem Summator identisch ist, kann er weiter vereinfacht werden auf B(z) = z, während der Korrekturbegriff vor dem Controller 12 (der Summator z/(z – 1)) ist) injiziert wird. Es wird darauf hingewiesen, dass die Korrektur in 4 mit einer geringfügigen Änderung des Vorhersagefilters B(z) auch nach dem Controller 12 injiziert werden kann, die dann mit dem Injektionspunkt des Feed Forward Begriffs Ep_corr in 3 übereinstimmt. Im allgemeinen muss eine Approximation oder Annäherung des idealen Vorhersagefilters aufgrund beispielsweise eines Phasenverhaltens konstruiert werden, das nicht Minimum ist. Doch aufgrund des gefundenen Modells der geringsten Ordnung und dem dazugehörigen Steuerungs-Design in Bezug auf die Strahlungsquelle vereinfacht sich der (ideale) Vorhersagefilter auf eine Stufe vor der Vorhersage. Diese eine Stufe vor der Vorhersage des Korrekturbegriffs lässt sich leicht implementieren, da der Korrekturbegriff [f_b+1) in einer Burst-Pause berechnet wird und zu Beginn des nächsten Burst vollständig zur Verfügung steht.
Der oben vorgeschlagene Feed Forward Korrektur-Lernalgorithmus kann als Echtzeitverfahren angesehen werden und führt keinen messbaren negativen Einfluss auf die Leistung des (aperiodischen) gesteuerten Lasersystems ein, vorausgesetzt, es sind keine Stoßeffekte und/oder parasitischen Effekte vorhanden.
Ausführungsart 2
Eine zweite Ausführungsart der Erfindung ist die gleiche wie die erste Ausführungsart, außer in der Konstruktion des Steuersystems, das nachstehend beschrieben wird.
Die zweite Ausführungsart besitzt ein integriertes Steuersystem, wie in 5 gezeigt. Dieses Steuersystem verwendet einen Controller 20, um eine Closed Loop Feedback-Steuerung auf der Grundlage der Impulsenergie zur Verfügung zu stellen, wie sie von dem Energiesensor ES gemessen wird. Der Controller 20 besitzt eine Steuerungsstrategie mit einem Algorithmus, um die Zielenergie pro Impuls für die Lieferung der gewünschten Dosis auf Substratebene zu berechnen und um Fehler in früheren Impulsenergien in nachfolgenden Impulsen zu kompensieren, sowie einen Algorithmus zur Berechnung der Feldspannung HV, die an den Laserhohlraum LC angelegt werden muss, um einen Impuls der erforderlichen Energie zu liefern. Der Steuerungsalgorithmus kann auch einen Feed Forward Algorithmus beinhalten, um Störungseffekte in dem Laser und vorhergesagte und andere Effekte zu kompensieren, z.B. infolge Linsenerwärmung, die nach dem Energiesensor ES auftreten. Der Controller 20 kann auch den variablen Dämpfer VAT steuern. Der variable Dämpfer kann verwendet werden, wenn die erforderliche Amplitudenschwankung Ep groß genug ist, um zu verursachen, dass der Laser fortwährend außerhalb seines Betriebsbereichs Ep arbeitet. Der variable Dämpfer kann auch zur Durchführung relativ geringer Frequenzschwankungen verwendet werden, während die Hochspannung zur Durchführung relativ großer Frequenzschwankungen eingesetzt werden kann.
Ausführungsart 3
Eine dritte Ausführungsart der Erfindung ist die gleiche wie die erste Ausführungsart, außer in der Konstruktion des Steuersystems, das nachstehend beschrieben und in 6 veranschaulicht wird. Bei diesem System werden zwei Controller 21, 22 eingesetzt, welche den inneren und äußeren Steuerkreis bilden. Der innere Steuerkreis besitzt einen Laserhohlraum LC, die Photozelle PC und den inneren Controller 21. Er führt die Feedback-Steuerung zur Ausgabe von Impulsen durch, die eine Energie besitzen, wie sie von der Photozelle PC gemessen wird, gleich einem Sollwert PC_ref, der von dem äußeren Steuerkreis geliefert wird, umfassend den variablen Dämpfer VAT, die Beleuchtungsoptik IL-O, den Energiesensor ES und den äußeren Controller 22. Wie in der zweiten Ausführungsart, kann der Steuerungsalgorithmus auch Feed Forward-Algorithmen besitzen, um Störungseffekte in dem Laser, sowie vorhergesagte und andere Effekte zu kompensieren, z.B. infolge Linsenerwärmung, die nach dem Energiesensor ES auftreten. Bei dem äußeren Steuerkreis handelt es sich auch um einen Feedback-Loop, der einem extern gelieferten Sollwert ES_ref folgt, welcher die Durchschnittsenergie pro Impuls repräsentiert, die erforderlich ist, um die gewünschte Dosis auf Substratebene zu liefern. Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass der innere und äußere Steuerkreis separat konstruiert, getestet und kalibriert werden können, und dass der äußere Steuerkreis für verschiedene Quellen verwendet werden kann.
Leistungsmessungen
Um die Leistung der Steuerkreise der Erfindung und/oder (energie-) gesteuerter Strahlungssysteme im allgemeinen zu messen, werden die Leistungsmessungen für den gleitenden Mittelwert (Moving Average) und die gleitende Standardabweichung (Moving Standard Deviation), wie unten dargestellt, unter Verwendung bestimmter Parameter wie folgt definiert:

V_scan: = Abtastgeschwindigkeit [mm/s];
W_slit-e: = tatsächliche Beleuchtungsfeldbreite [mm];
W_slit-t: = gesamte Beleuchtungsfeldbreite [mm];
L_die: = Länge des Zielabschnittes [mm);
W_die: = Breite des Zielabschnittes [mm];
RR: = Laser-Folgefrequenz [Hz];

Die gewünschte Intensität im slit hat ungefähr einen trapezförmigen Querschnitt. W_slit-e ist die Breite bei der Hälfte der Plateau-Intensität, während W_slit-t die Breite am Boden des Trapezes ist. Dann beträgt die Anzahl der Impulse im effektiven slit, N_slit-e (ungeachtet der Effekte von Impulsquantisierung):
In ähnlicher Art und Weise beträgt die Anzahl der Impulse im gesamten slit, N_slit-t,:
Der Operator FLOOR rundet den Operanden nach unten (Richtung Null) auf die nächste ganze Zahl ab.
Die Anzahl der Impulse in einem die-scan N_scan beträgt:
Es ist zu beachten, dass die Gesamtlänge eines Scans (Abtastung) wie folgt lautet: Lscan = Ldie + Wslit-t (5)
Die Substratverschiebung pro Impuls σ in [mm] lautet:
Wir können einen diskreten Zeitvektor mit einem diskreten Positionsvektor wie folgt koppeln:
indem die Notation für einen Vektor: [Start_value : increment_value : end_value] verwendet wird, wobei die numerische Differenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden Elementen des Vektors als increment_value definiert wird. Auf diese Art und Weise zeigt die Impulszahl k in einer Belichtung ein bestimmtes Zeitbeispiel t_k der Belichtung und eine bestimmte Position x_k auf dem Zielabschnitt an. Genau gesagt, xk, kombiniert mit einer bestimmten Substratverschiebung pro Impuls σ und einer Zielabschnitt-Breite W_die ist an einen bestimmten Positionsbereich A_k in [mm²] auf dem Zielabschnitt gekoppelt Ak = Wdie·((xo+k·σ) – (xo – 1)·σ)) = Wdie·σ(k = 1 ... Nscan (8)der natürlich eine konstante Größe besitzt.
Der Fall k = 0 ist das letzte Zeitbeispiel oder die letzte Position direkt vor einem Scan (Abtastung), wo kein Impuls abgegeben wird. Dies stimmt mit der Definition des Bereichs A_k überein, der für A_o nicht definiert ist (siehe die obigen Formeln).
Der Fall k = N_slit-t ist der Augenblick, in dem ein erster Bereich auf dem Zielabschnitt eine vollständige Dosis erhalten hat. Dies bedeutet, dass die Bereiche A_I – A_(Nslit-t-I) keine vollständige Dosis erhalten und deshalb ist ein Teil des Zielabschnittes durch Retikel-Abdecklamellen blockiert, die das Beleuchtungsfeld am Anfang einer Belichtung öffnen.
Der Fall k = N_scan – (N_slit-t-1) ist der letzte Augenblick, in dem der entsprechende Bereich auf dem Zielabschnitt eine vollständige Dosis erhält. Mit anderen Worten, es ist der letzte Augenblick, wo ein Impuls über die gesamte Slit-Breite verläuft. Ab dem Impuls N_scan – (N_slit-t-1) + 1 schließen sich die Retikel-Abdecklamellen allmählich (d.h. sie schließen das Beleuchtungsfeld).
Der Fall k = N_scan ist der letzte Impuls einer Belichtung eines Zielabschnittes. Nach diesem Augenblick sind die Retikel-Abdecklamellen vollständig geschlossen.
Eine Dosis D(x_k), die das Resist bei Position x_K auf einem Zielabschnitt erhält, wird von einer Summierung von Impulsenergien Ep(i) approximiert:
Somit erhält man einen Dosierfehler D_E(x_k) in [mJ] bei Position x_k durch:
Diese D_E(x_k) ist eng verbunden mit einem gleitenden Mittelwert (MA) des Energiefehlers pro Impuls in einem Slit:
Um einen normalisierten Indikator für den Dosierfehler zu finden, wird D_E(x_k) durch die erforderliche Dosis dividiert. Dies führt zu einer normalisierten Version des obigen MA_E(x_k):
wobei Ep_ref(i) und Ep_err(i) die Bezugsenergie pro Impuls und den Energiefehler pro Impuls für Punkt i angeben. Dieser gleitende Mittelwert (Moving Average) an Energiefehlern pro Impuls MA_E,n(x_k), wie er in der Gleichung (12) angegeben ist, ist ein Indikator für den relativen Dosierfehler im Zielabschnitt x_k. Der Wert für diesen Indikator lässt sich in einem Prozentsatz ausdrücken, beispielsweise 0–5 %.
Zusätzlich zu einem Dosierfehler kann der Impulsenergie-Fehler während einer Belichtung große Frequenzschwankungen aufweisen. Dieser Effekt ist durch eine gleitende Standardabweichung (MSD) gekennzeichnet, die der Standardabweichung des Energieimpuls-Fehlers gegenüber dem gleitenden Mittelwert (MA)-Fehler in [mJ] entspricht:
Eine normalisierte Version dieses Indikators, die nicht von dem absoluten Wert des erforderlichen Energieimpulses Ep_ref abhängt, lautet wie folgt:
Auch dieser Indikator lässt sich in einem Prozentsatz ausdrücken, beispielsweise 0 – 100 %.
Für k = 0 sind die MA- und MSD-Zahlen nicht definiert, da kein Impuls abgegeben worden ist. Dies stimmt mit der Tatsache überein, dass auch Bereich A₀ nicht definiert ist.
Da kein Bereich im Zielabschnitt bis jetzt eine vollständige Dosis erhalten hat, wird für k = [1 ... (N_slit-e-1)] definiert, dass die MA- und MSD-Zahlen gleich Null sind: MA_E,n(x_k) = 0 und MSD_E,n(x_k) = 0.
Wie am Anfang dieses Abschnittes erwähnt, hat die Intensität in dem Slit ungefähr einen trapezförmigen Querschnitt. Eine solche trapezförmige Form oder irgendeine andere Form kann in die Leistungsindikatoren beispielsweise der Gleichungen (12) und (14) durch Summierung der Gesamtrahl von Impulsen in dem Slit N_slit-t und durch Anwendung eines entsprechenden Gewichtsfaktors auf jeden Impuls integriert werden. Wenn man MA_E,n(x_k) mit der obigen Verbesserung berechnet, so ergibt dies einen Leistungsindikator, der dem tatsächlichen Dosierfehler am Substrat sogar noch mehr ähnelt.
Bei einem bestimmten Apparat wird eine Reihe von Testläufen mit verschiedenen Laser-Einstellungen (Impulsenergie, Folgefrequenz etc.) durchgeführt. Während der Testläufe wird die Impulsenergie mit dem Energiesensor ES und auf Substratebene mit dem Spotsensor SS gemessen. Die Indikatoren für gleitenden Mittelwert MA und gleitende Standardabweichung MSD werden separat aus den Daten des Energiesen sors und des Spotsensors berechnet. Damit ist es möglich, die Beziehung zwischen den MA- und MSD-Ergebnissen, die am Energiesensor gemessen wurden, sowie die MA- und MSD-Ergebnisse auf Substratebene zu bestimmen. Die Berechnung der MA- und MSD-Werte von der Energiesensor-Ausgabe während einer Belichtung liefert sodann eine Online-Leistungsmessung.
Die Nützlichkeit dieser Indikatoren wird in den 7 bis 18 gezeigt, wie weiter unten besprochen wird.
Die 7 und 8 zeigen die rohen Hochspannungs-Daten (HV-Daten) und Impulsenergie-Daten (Ep-Daten) aus einem Test der Dosiergenauigkeit und Wiederholbarkeit eines lithographischen Apparates, während die 9 und 10 die MA- und MSD-Werte zeigen, die wie oben beschrieben berechnet wurden, und zwar mit Ep_ref = 2,35 (mJ/Impuls)/cm² und N_slit-e = 50. Der Test umfasst die Durchführung einer Reihe von Testbelichtungen mit unterschiedlichen Dosiereinstellungen, wobei der Spotsensor anstelle eines Substrates verwendet wird. Der in Frage stehende Apparat würde den herkömmlichen Test bestehen, da die Gesamtdosis, die in die Mitte des Zielabschnittes abgegeben wurde, sehr wohl innerhalb eines Grenzwertes von beispielsweise 1 % liegt. Doch die hohen Schwankungen von Impuls zu Impuls zeigen, dass sich das gesteuerte System nahe an der Stabilitätsgrenze befindet, auch wenn es während des Tests zu Verbesserungen kommt. Dies wird durch die MA-Werte quantifiziert, die ebenfalls hohe Schwankungen von Impuls zu Impuls aufweisen, sowie die MSD-Werte, die zu Beginn des Tests hoch sind, und abfallen, während sich die Systemstabilität verbessert. Einige MA-Werte liegen zu Beginn der Abtastung nahe an der akzeptablen Leistungsgrenze oder darüber.
Die Ergebnisse einer zweiten Testreihe, die nach einer erneuten Kalibrierung des Apparates durchgeführt worden sind, sind in den 11 bis 14 gezeigt, welche den 7 bis 10 entsprechen. Nach einer erneuten Kalibrierung sind die Ergebnisse im herkömmlichen Test sehr ähnlich, doch es lässt sich erkennen, dass die rohen HV- und Ep-Daten weitaus weniger schwanken als im ersten Test, was auf ein weitaus stabileres Steuersystem hindeutet, was sich auch in den geringeren Schwankungen der MA-Werte und der weitaus geringeren Größenordnung der MSD-Werte widerspiegelt.
Wie erwähnt, wird in dem herkömmlichen Test nicht zwischen dem Apparat vor der erneuten Kalibrierung, die sich an der Stabilitätsgrenze befindet, und dem Apparat nach der erneuten Kalibrierung, die wesentlich stabiler ist, unterschieden. Obwohl der erste Apparat innerhalb der in dem herkömmlichen Test angegeben Grenzen arbeitet, ist er doch anfällig für Veränderungen in den Bedingungen, wie einer Veränderung in der Reaktion des Lasers oder einer Reduzierung in der Anzahl von Impulsen in der Slit-Breite, was dazu führen könnte, dass seine Leistung außerhalb der Grenzwerte liegt. Dies lässt sich mit den MA- und MSD-Indikatoren zeigen. Die 15 bis 18 zeigen die MA- und MSD-Werte aus dem oben beschriebenen ersten und zweiten Test, die jedoch mit einer Anzahl von Impulsen in dem Slit, N_slit, von 25 anstatt 50 neu berechnet wurden. Man kann sehen, dass die MA-Werte, die nach den Ergebnissen des in 15 gezeigten ersten Tests neu berechnet wurden, deutlich ansteigen, während diejenigen aus dem zweiten Test, die in 17 dargestellt sind, relativ klein bleiben. In ähnlicher Art und Weise weisen die neu berechneten MSD-Werte für den ersten Test, die in 16 gezeigt sind, einen höheren Spitzenwert auf und zeigen eine größere Veränderlichkeit, während jene aus dem zweiten Test, die in 17 gezeigt sind, niedrig und relativ konstant bleiben.
Aus dem oben Gesagten geht hervor, dass die Spitzenwerte von MA und MSD zwar auch einen guten Hinweis auf die Leistung des Apparates geben, während die vollständigen MA- und MSD-Werte doch ein vollständigeres Bild von der Leistung des Apparates zeichnen.
Kalibrierung des Steuersystems
Die oben beschriebenen Leistungsindikatoren erlauben die Feinabstimmung eines Steuersystems, so dass eine aperiodische Steuerung geliefert wird, d.h. ein aperio disch gedämpftes System ohne Überschreitungen oder Schwingungen beim Wechsel von einem Zustand in den anderen. Wenn es sich bei der Reaktion des Lasers um eine einfache Zeitverzögerung z^–1, unabhängig von der Folgefrequenz, mit der der Laser Impulse abgibt, handelt, kann die Steuerung als Summator z/(z – 1) implementiert werden, dessen Parameter in Bezug auf die MA- und MSD-Leistungsindikatoren angepasst werden können.
Die Interpretation des MA-Leistungsindikators im Frequenzbereich liefert eine alternative Art und Weise, eine Spezifikation für die Leistung und die Kalibrierung der Strahlungsquelle zu bestimmen, z.B. wie genau eine aperiodische Steuerung approximiert werden muss oder welche Art von variierenden Impulsenergie-Frequenzsignalen als bedeutungsvoll angesehen werden können. Die genannte Spezifikation für die Kalibrierung kann beispielsweise in eine Spezifikation für die erforderliche HV-Ep-Kalibriergenauigkeit übertragen werden. Die Verwendung der Frequenzbereichs-Interpretation des MA-Leistungsindikators wirkt sich auf das vollständige Design für die Steuerung und die Verwendung des Lasersystems aus und ist weitaus umfassender als eine Genauigkeitsspezifikation der HV-Ep-Kalibrierung allein.
Hier muss betont werden, dass sämtliche beschriebenen Verfahren voll funktionsfähig bleiben, wenn ein anderer Bezug Ep_ref für die Energie pro Impuls angewendet wird.
Auf der Grundlage eines Steuersystems mit einem Closed Loop Controller der ersten Ordnung werden zwei verschiedene Verfahren zur Bestimmung der Impuls-Energie/Hochspannungs-Verstärkung und der dazugehörigen Versatzwerte (die HV-Ep Kalibrierung) implementiert. Die beiden Verfahren unterscheiden sich durch die Tatsache, dass das erste Verfahren den Schritt der Verwendung von Testläufen (mit Offline HV-Ep Kalibrierung bezeichnet) umfasst, während in dem zweiten Verfahren eine HV-Ep Kalibrierung mit den Daten durchgeführt wird, die während einer tatsächlichen Belichtung erfasst worden sind (d.h. während der Produktion, was mit Online-HV-Ep Kalibrierung bezeichnet wird).
Die Offline-HV-Ep Kalibrierung liefert ein Sinussignal, das an die Bezugsenergie pro Impuls abgegeben wird (oder injiziert ein Sinussignal an einer anderen Stelle in dem Steuerkreis) und überwacht ein spezifisches Signal oder spezifische Signale in dem gesteuerten System. Aus der Beziehung zwischen dem genannten abgegebenen Sinussignal und dem überwachten (Zwischen-)Signal oder den überwachten (Zwischen-)Signalen in Kombination mit den aktuellen Controller- und HV-Ep-Kalibriereinstellungen werden dann neue HV-Ep-Kalibrierparameter (Verstärkungs- und Versatz-Werte) berechnet. Das abgegebene Sinussignal wird in Bezug auf Frequenz, Amplitude und Anzahl von Perioden abgestimmt. Dieses neu vorgeschlagene Offline-HV-Ep-Kalibrierverfahren bietet einen Vorteil gegenüber den aktuellen HV-Ep-Kalibrierverfahren, weil es weniger Zeit und Impulse für eine Kalibrierung mit der gleichen Genauigkeit erfordert.
Die Online-HV-Ep-Kalibrierung zielt darauf ab, die Informationen zu verwenden, die bereits in den Impuls-zu-Impuls-Daten der gesteuerten Strahlungsquelle in einem lithographischen Apparat enthalten sind. Die Informationen sind aufgrund der Schwankung von Spitzenwert-zu-Spitzenwert, die bei der Energie pro Impuls jeder Strahlungsquelle auftritt, bereits in den genannten Impuls-zu-Impuls-Daten enthalten. Man kann die HV-Ep-Kalibrierparameter von den Impuls-zu-Impuls-Daten (die aus spezifischen Signalen in dem gesteuerten System während der normalen Belichtung erfasst wurden) in Kombination mit dem strukturellen Wissen des gesteuerten Systems der geringsten Ordnung erhalten, beispielsweise durch Anwendung von Vorhersage-Fehler-Techniken. Um die Genauigkeit einer HV-Ep-Kalibrierung weiter zu verbessern, kann ein vorgewähltes Signal, beispielsweise ein Hochfrequenz-Sinussignal, in das gesteuerte System injiziert werden, um die Daten mit zusätzlichen Informationen über das gesteuerte System zu versehen. Dieses zu injizierende Signal wird so ausgelegt, dass es die Dosiersteuerungsleistung nicht beeinflusst. Die Auslegung dieses Signals wird durch die Leistungsmessungen, wie oben definiert, geleitet.
Während zwar spezielle Ausführungsarten der Erfindung oben beschrieben worden sind, wird klar sein, dass die Erfindung auch auf andere Art als in der beschriebenen Art und Weise ausgeführt werden kann. Mit der Beschreibung soll die Erfindung nicht eingegrenzt werden.

Claims

Eine lithographische Projektionsvorrichtung, mit: einem Bestrahlungssystem (IL) mit einer gepulsten Strahlungsquelle (LA) und angeordnet zur Bereitstellung eines Projektionsstrahls der Strahlung von der Quelle; einer Tragstruktur (MT) zum Tragen einer Musterungsvorrichtung (MA), wobei die Musterungsvorrichtung dazu dient, den Projektionsstrahl gemäß einem gewünschten Musters zu mustern; einem Substrattisch (WT) zum Halten eines Substrates (W); einem Projektionssystem (PL), das zum Projezieren des gemusterten Strahls auf einen Zielabschnitt des Substrates dient; und einem Steuersystem (10), das dafür angeordnet ist, die Energie der Pulse des Projektionsstrahls zu steuern, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersystem einen Regler erster Ordnung aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Regler erster Ordnung einen Verstärker (11) und einen Integrierer (12) erster Ordnung aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Steuersystem eine aperiodische Steuerung oder eine nahe Annäherung hieran bewirkt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei das Steuersystem unabhängig von einer Wiederholrate der gepulsten Strahlungsquelle ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Steuersystem weiterhin eine Optimalwertsteuerung (13) zur Bereitstellung von Korrekturen aufweist, um Stosseffekte aufgrund von Bedingungsänderungen zu kompensieren.
Ein Herstellungsverfahren für eine Vorrichtung mit den Schritten von: – Bereitstellen eines Substrates (W), welches zumindest teilweise von einer Schicht eines strahlungsempfindlichen Materials bedeckt ist; – Bereitstellen eines Projektionsstrahls (PB) an Strahlung unter Verwendung eines Bestrahlungssystems (IL) mit einer gepulsten Strahlungsquelle (LA); – Verwenden einer Musterungsvorrichtung (MA) zum Ausstatten des Projektionsstrahls mit einem Muster in seinem Querschnitt; – Projezieren des gemusterten Strahls der Strahlung auf einen Zielabschnitt der Schicht von strahlungsempfindlichem Material, gekennzeichnet durch den Schritt des Steuerns der Energie der Pulse des projezierten Strahls unter Verewndung eines Reglers (10) erster Ordnung.
Ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln, die, wenn sie auf einem Computersystem laufen, das eine lithographische Projektionsvorrichtung steuert, das Computersystem anweisen, die Vorrichtung zur Durchführung aller Schritte des Verfahrens nach Anspruch 6 zu steuern.
Ein Verfahren zur Kalibrierung des Steuersystems (10) der gepulsten Strahlungsquelle (LA) in einer lithographischen Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Verfahren aufweist: Einstellen wenigstens eines Parameters des Steuersystems (10), das der Strahlungsquelle (LA) zugeordnet ist.
Ein Verfahren nach Anspruch 8, wobei die gepulste Strahlungsquelle ein Excimer-Laser ist und der Parameter des Steuersystems den Verstärkungsfaktor aufweist, der die Übertragungsfunktion der an den Laserhohlraum angelegten Hochspannung und der Pulsenergie modelliert.