WO2024256071A1 - Optical system, lithography system, and method for reducing oscillation-based interferences - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an optical system, a lithography system with such an optical system and a method for reducing vibration-based disturbances in an optical system and/or a lithography system.
- Microlithography is used to produce microstructured components, such as integrated circuits.
- the microlithography process is carried out using a lithography system that has an illumination system and a projection system.
- the image of a mask (reticle) illuminated by the illumination system is projected by the projection system onto a substrate, such as a silicon wafer, that is coated with a light-sensitive layer (photoresist) and arranged in the image plane of the projection system in order to transfer the mask structure onto the light-sensitive coating of the substrate.
- EUV lithography systems are currently being developed that use light with a wavelength in the range of 0.1 nm to 30 nm, in particular 13.5 nm. Since most materials absorb light of this wavelength, such EUV lithography systems must use reflective optics, i.e. mirrors, instead of - as previously - refractive optics, i.e. lenses. So-called wafer stages are often used in the manufacture of microstructured components. A wafer stage is a device in the semiconductor industry that is used to manufacture semiconductor discs, so-called wafers.
- the wafer stage is part of a so-called wafer stepper and/or a lithography device that is used to create microscopically small structures on the wafers.
- This wafer stage plays an important role in the manufacture of semiconductor components because it helps to ensure that the structures on the wafer can be manufactured precisely and/or repeatably.
- the wafer stage is a movable table on which the wafer is mounted.
- the table moves in the x, y and z directions, allowing the precise positioning of the wafer under the exposure system of the stepper and/or a lithography device.
- the wafer stage is controlled with high precision by a computer, which controls the exact positioning of the wafer according to the requirements of the exposure process.
- vibration-related disturbances occur, which make the largest contribution to the exposure errors recorded on the microstructured component.
- Such disturbances are usually in the range of less than 100 Hz and result from the periodic movement of the wafer stage with often high acceleration.
- the vibrations and/or disturbances are transmitted via the air and/or the ground to components of the lithography system, in particular to the support frame (so-called force frame) of the optical elements, such as mirrors and/or lenses, and/or to sensors mounted on the sensor frame.
- the above-mentioned components are excited to vibrate at the frequency of the wafer stage.
- These excitations are immediately converted into a position error of the mirrors and/or lenses and thus into their respective line of sight (LoS) and/or into measurement errors of a sensor.
- the measured position error of the optical elements shows periodic characteristics whose frequencies match the frequencies of the wafer stage movement/oscillation. Only the amplitudes and the phase position can be different.
- the control of the optical elements is usually limited to position feedback, which is designed to stabilize an operating point of the optical element and can thus react to absolute position errors through active control.
- the interference and/or frequency patterns caused by the wafer stage can vary depending on the microstructured component to be manufactured. This inherently depends on which patterns are to be applied to the microstructured component. However, such patterns are often part of a trade secret of a respective manufacturer of microstructured components and are therefore not accessible for control-technical consideration before the lithography system is put into operation.
- a wafer stage is often used to run several different patterns, which may change and/or vary after an exposure process. It is therefore not possible to determine the interference frequencies that occur precisely in advance in order to counteract them with control technology.
- the optical system has an optical element.
- the optical system has a sensor unit which is set up to output a position measurement signal depending on a position of the optical element.
- the optical system has a control unit which is set up to generate a controller actuating signal depending on the position measurement signal.
- the optical system has a disturbance estimator unit which is set up to estimate a periodic, externally excited disturbance for a next magazine (preferably without actually measuring the disturbance), and based thereon to estimate a position of the optical element in the next magazine depending on the position measurement signal and an actuating signal and to output a pilot control actuating correction signal depending on the position estimated for the next magazine.
- the optical system comprises an adding unit which is set up to generate the actuating signal by summing the controller actuating signal and the pilot control actuating correction signal.
- the optical system has an actuator that is designed to control the optical element depending on the control signal in order to compensate in particular for the position deviation caused by the periodic, externally excited disturbance.
- the "units" can be designed in terms of hardware and/or software.
- a unit can thus be designed, for example, as a control device with at least one processor and/or as a system on a chip (SoC), on which at least one script and/or at least one algorithm and/or a database is stored and/or executable.
- SoC system on a chip
- a unit can alternatively also be designed as a script and/or as a computer program and/or as a computer program product.
- the sensor unit can preferably have a position measuring sensor.
- the position measuring sensor can be, for example, an encoder, in particular an optical encoder, and/or an interferometer and/or a potentiometer and/or a Hall sensor and/or a laser distance sensor.
- the position measuring signal generated by it can vary.
- the position measuring signal preferably indicates a position (actual position), in particular an absolute position, of the optical element per magazine. Such a magazine is preferably determined by a cycle time of the sensor unit.
- the position measuring signal preferably indicates a relative position of the optical element to a target position over time.
- the position measuring signal can preferably be recorded interferometrically.
- the controller unit is preferably a device or an algorithm that carries out at least one control function in order to always change and/or adapt and/or keep the same a respective Isf position of the optical element, in particular per control time step, so that it corresponds to a target position of the optical element in the respective control time step.
- several degrees of freedom of movement (preferably all six degrees of freedom) of the optical element are controlled by the controller unit.
- the controller control signal generated by the controller unit preferably comprises at least one control instruction and/or control specification for at least one degree of freedom of movement of the optical element, depending on which the actuator adjusts a respective actual position, in particular per control time step, of the optical element to a respective target position by initiating an adjustment movement of the optical element.
- the control unit can be designed as a PID (amplifying, integrating, differentiating) controller.
- the control signal is preferably formed from a sum of control signals, namely the controller control signal and the pilot control correction signal formed when such a pilot control correction signal is present.
- the control signal in an initial control time step, the control signal preferably corresponds to the controller control signal generated by the controller unit on the basis of the position measurement signal, since in this initial step no pilot control correction signal is yet present.
- the pilot control correction signal can be initialized so that the pilot control correction signal can already be used in the initial control time step. Only in the next control time step can a pilot control correction signal preferably be generated on the basis of the control signal from the previous control time step and summed to the controller control signal of this time step.
- a position adjustment of the optical element to a respective target position is preferably carried out by the actuator for each control time step.
- the periodic, externally excited disturbance includes, for example, an oscillation in at least one frequency and/or frequency range, which is generated by an interference source and transmitted, for example, via the ground and/or the air to components of the optical system.
- the disturbance causes the components, such as the optical element, to oscillate externally. This oscillation leads to a position deviation of the optical element from a respective target position. This oscillation-related position deviation is at least partially compensated according to the invention.
- the adding unit is preferably an electronic circuit which is designed to add two or more input signals to generate an output signal, in this case the control signal, which is the sum of the input signals.
- the actuator can be, for example, an electrical and/or electromagnetic and/or mechanical actuator.
- the actuator can comprise a servo motor or Lorenz actuator, by means of which the optical element in its Position is adjustable about at least one movement axis and/or along at least one movement axis.
- the optical system comprises at least one actuator for each degree of freedom of movement of the optical element, by means of which a movement of the optical element can take place in the respective degree of freedom of movement.
- the respective actuator is preferably controlled by the control signal in order to thereby bring about a change in position of the optical element, preferably towards a desired position.
- the fact that the actuator controls the optical element means in particular that the actuator applies a force to the optical element.
- the signal profile of the pilot control correction signal essentially corresponds to a negative signal profile of the periodic, externally excited disturbance.
- an actuating signal can be generated in which the periodic, externally excited disturbance is taken into account as a negative signal component.
- the actuator is controlled depending on the actuating signal, a position change of the optical element can be achieved in which the periodic, externally excited disturbance is compensated.
- the pilot control correction signal is superimposed with the periodic, externally excited disturbance, these two signals preferably essentially cancel each other out, i.e. taking into account estimation-related tolerances.
- a disturbance estimator is preferably used to compensate for disturbances in an optical system and/or a projection exposure system, which can occur in particular through or during a scanning process on an optical element. This improves the position accuracy of the optical element in relation to its respective target position, since there are no or at least reduced position deviations due to external disturbances.
- the disturbances can instead be filtered out and/or compensated for by corresponding countermovement(s) of the optical element can be compensated by the generated feedforward control correction signal. This can improve the accuracy of the optical system.
- the disturbance estimator also makes it unnecessary to know the disturbance or a signal curve of the disturbance in advance, since the disturbance estimator can generate a feedforward control correction signal, preferably in real time, which takes the respective signal curve of the disturbance into account in the respective period.
- the present solution thus allows the use of the already existing position measurement signal of the optical element to improve controllability. This is achieved by a combination of feedback and feedforward control. Accordingly, disturbance-related position changes of the optical element, which lead to reduced accuracy of the optical system, can be compensated in a simple and cost-effective manner.
- the disturbance estimation unit has an estimation unit which is configured to execute a finite element model (FEM model) of the optical element and/or a model of the periodic, externally excited disturbance in order to estimate a respective position of the optical element as a function of the actuating signal for each state of the periodic, externally excited disturbance and/or per magazine.
- FEM model finite element model
- the model of the periodic, externally excited disturbance particularly preferably covers a frequency band that includes a frequency and/or a frequency range of the periodic, externally excited disturbance.
- the model also includes disturbances that have a certain deviation in their frequency from a lower limit of the (known, because for example empirically recorded) frequency range of the periodic, externally excited disturbance and/or from an upper limit of the frequency range of the periodic, externally excited disturbance.
- the respective position change of the optical element preferably causes the respective position deviation.
- the disturbance estimator unit is preferably designed to set up to generate the feedforward control correction signal for each time step or control time step. This enables real-time control of the optical element to compensate for the disturbance.
- the disturbance estimator unit is preferably based on models by means of which a system dynamic, in particular extended to include the periodic, externally excited disturbance, can be mapped or simulated. In a prediction step carried out by the estimator unit, an actual position of the optical element reached by the control signal and a respective disturbance influence for a next time step or control time step are preferably predicted.
- the model of the periodic, externally excited disturbance preferably has a function superposition of several sine functions, each with different frequencies.
- the model of the periodic, externally excited disturbance is preferably based on the theory of Fourier transformation, which states that each periodic signal can be generated by a superposition of an infinite number of sine functions, each with different frequencies.
- the estimate of the disturbance from the disturbance estimator unit can preferably be used in the next control time step in the form of the pre-control correction signal in order to avoid and/or at least reduce a disturbance-related incorrect positioning of the optical element.
- the periodic, externally excited disturbance can preferably be compensated for by control technology in accordance with the invention at a particular moment or control time step in which it occurs.
- the disturbance estimator unit has a correction unit which is designed to generate a correction signal for each "state" of the periodic, externally excited disturbance and/or per magazine for the respective estimated position as a function of the position measurement signal and to provide the correction signal to the estimator unit for estimating a respective position in a next state and/or in a next magazine.
- the disturbance estimator unit is particularly preferably designed to to generate the pilot control correction signal from the sum of the particular state-wise correction signals.
- the correction signal preferably takes into account a deviation of the estimated position from an actual position, which is specified as a function of the position measurement signal. Because the correction signal is preferably determined per state and/or per control time step for at least two states in each case, the pilot control correction signal is preferably generated based on these correction signals determined per state per control time step.
- the correction unit can preferably have a further adding unit. It is understood that a periodic disturbance has no states in the true sense.
- a sinusoidal signal for example, has no "states", but is preferably a harmonic, periodic oscillation that is described by a sinusoidal function.
- a sinusoidal signal with a certain frequency a) can preferably be represented in a state space as
- the state x is preferably two-dimensional, since the solution of the associated second-order differential equation is a sinusoidal signal.
- This signal is preferably defined by its amplitude and phase. While the frequency is assumed, the amplitude and phase are preferably determined via the state estimation.
- the disturbance estimation unit comprises a linear filter and/or a non-linear filter, in particular a Kalman filter.
- a linear filter is preferably a signal processing unit that applies a linear transformation to an input signal to produce an output signal to produce.
- a linear filter uses a mathematical operation to modify the input signal, with the output magnitude being proportional to the input magnitude.
- Linearity here preferably means that the operation of the filter responds linearly to the input data, that is, if the input signal is increased by a certain amount, the output signal is increased proportionally by the same amount.
- a linear filter can process various types of signals, including continuous-time or discrete-time, analog or digital signals. There are various types of linear filters, including the low-pass filter, high-pass filter, band-pass filter, band-stop filter, and others.
- a nonlinear filter is a signal processing unit that preferably applies a nonlinear transformation to an input signal to produce an output signal. Unlike linear filters, a nonlinear filter preferably does not respond proportionally to changes in the input signal, but rather exhibits nonlinear distortion. Nonlinearity here means that the output signal of the filter is preferably not proportional to the input magnitude. Instead, the output variable depends on the type of nonlinear transformation applied to the input signal. This leads to more complex output signals compared to linear filters. There are various types of nonlinear filters, including preferably the median filter, the mean filter, the adaptive filter, the nonlinear low-pass filter and the nonlinear high-pass filter.
- Each filter type preferably has a specific method for applying the nonlinear transformation to the input signal, such as the use of statistical methods, neural networks or nonlinear functions.
- a Kalman filter preferably comprises at least two filter steps. In the first filter step, the prediction step, a temporally next state of an optical system or the optical element is preferably estimated and/or determined depending on the FEM model and/or another model of the optical system. In a second step, the correction step, this prediction is made depending on a (real) position measurement signal available from the optical element.
- the optical system has an interference source that is designed to generate the periodic, externally excited interference.
- the interference source preferably has a wafer table.
- the wafer table which is also referred to as a wafer stage, is a movable table on which a wafer is arranged and/or fastened for processing. The table can be moved in the x, y and z directions and thus enables precise positioning of the wafer relative to an exposure system of a stepper and/or a lithography system.
- the wafer table is preferably controlled by a computer, which controls the precise positioning of the wafer in accordance with the production requirements for wafer processing.
- the periodic, externally excited disturbance can be detected at least partially and/or approximately and/or in sections in the form of a disturbance measurement signal by a disturbance sensor unit.
- the purely optional disturbance measurement signal can be provided to the disturbance estimator unit. This can be advantageous, for example, to enable a check of the estimate.
- the disturbance measurement signal can preferably be pre-filtered before it is made available to the disturbance estimator unit as an input signal. For example, noise frequencies and/or other ambient frequencies can be filtered out so that the Disturbance measurement signal describes the periodic, externally excited disturbance as accurately as possible.
- the disturbance sensor unit preferably comprises a vibration sensor.
- a vibration sensor is a sensor used to measure vibrations.
- Vibrations can be caused by mechanical, electrical, acoustic or other types of energy transfer systems, and vibration sensors can be used to measure and analyze such vibrations.
- vibration sensors can be used to measure and analyze such vibrations.
- vibration sensors including piezoelectric sensors, capacitive sensors, magnetostrictive sensors, laser interferometry sensors and acoustic sensors.
- the optical element comprises a mirror and/or a lens.
- a lens and/or such a mirror is designed and/or shaped is basically arbitrary and depends in particular on the overall structure of the optical device.
- a "lens” is understood to mean a transparent, in particular disk-shaped element, of whose two surfaces at least one is curved. Light passing through is deflected towards the center of the light beam (in the case of a converging lens) or scattered outwards (in the case of a diverging lens).
- a “mirror” is understood to mean an element with at least one reflective surface that has a predetermined roughness so that reflected light retains its parallelism according to the law of reflection and thus an image can be created.
- the periodic, externally excited disturbance has an oscillation frequency in a frequency range of 5 Hz to 150 Hz, preferably less than 100 Hz.
- the periodic, externally excited disturbance is particularly preferably a low-frequency disturbance caused by the high mass inertia of the disturbance source.
- the disturbance can have several oscillation frequencies. Each of the oscillation frequencies in turn causes a disturbance in the position of the optical element, whereby a real position deviation from the target position of the optical element is brought about by a superposition of the oscillation frequencies.
- This position deviation is compensated according to the invention by compensating for the disturbance using a corresponding pilot control correction signal.
- the pilot control correction signal preferably takes into account all or at least several oscillation frequencies of the disturbance that are significant in their respective amplitude. This makes it possible to achieve comprehensive compensation of the disturbance.
- the disturbance can have several oscillation frequencies in the frequency range from 5 to 150 Hz, each with a different severity and/or amplitude.
- the optical system has a support frame which is designed to hold the optical element and on which the actuator for controlling the optical element is preferably arranged.
- the support frame is preferably designed to absorb forces which occur during operation of the optical system, in particular due to the adjustment of the optical element relative to the support frame.
- the optical element is particularly preferably adjustable relative to the support frame by the actuator controlled according to the invention. By adjusting, the position deviation of the optical element from a target position to the support frame can be adjusted and/or corrected.
- the optical system has a sensor frame which is designed to hold the sensor unit.
- the sensor frame is particularly preferably decoupled from the optional support frame by damping elements and takes up and/or a lithography system in which the optical system is used, only the forces resulting from holding the sensor unit, i.e. practically no forces.
- a lithography apparatus with an optical system according to any of the above embodiments is also proposed.
- the optical system is preferably a projection optics of the lithography system or a projection exposure system.
- the optical system can also be an illumination system.
- the projection exposure system can be an EUV lithography system.
- EUV stands for "Extreme Ultraviolet” and refers to a wavelength of the working light between 0.1 nm and 30 nm.
- the projection exposure system can also be a DUV lithography system. DUV stands for "Deep Ultraviolet” and refers to a wavelength of the working light between 30 nm and 250 nm.
- a method for reducing vibration-based disturbances in an optical system and/or a lithography system comprises the steps of: a) outputting a position measurement signal as a function of a position of an optical element; b) generating a controller control signal as a function of the position measurement signal; c) estimating a periodic, externally excited disturbance (dk) in a next time step and, based thereon, estimating a position of the optical element in the next time step as a function of the position measurement signal and a control signal; d) outputting a pilot control correction signal as a function of the estimated position in the next time step; e) generating the control signal by summing the controller control signal and the pilot control correction signal; and f) controlling the optical element as a function of the control signal.
- the structure in a), b), etc. does not exclude the possibility that the steps can be carried out in a different order.
- Fig. 1 shows a schematic meridional section of a projection exposure system for EUV projection lithography
- Fig. 2 shows a schematic block diagram of an embodiment of an optical system according to the invention!
- Fig. 3 shows a detailed view of a section of the block diagram of the
- Fig. 4 shows a detailed view of a section of the block diagram of Fig. 3;
- Fig. 5(a) shows a displacement and/or offset in the x-direction and Fig. 5(b) shows a disturbance in the x-direction corresponding to this displacement!
- Fig. 5(c) shows a displacement and/or offset in the y-direction and Fig. 5(d) a disturbance in the y-direction corresponding to this displacement!
- Fig. 5(e) shows a displacement and/or an offset in the z-direction and Fig. (£) a disturbance in the z-direction corresponding to this displacement!
- Fig. 6(a) to 6(c) show Fourier transforms of position error signals in the x-direction (Fig. 6(a)), the y-direction (Fig. 6(b)) and the z-direction (Fig. 6(c));
- Fig. 7 a diagram of a disturbance spectrum of a periodic, externally excited disturbance!
- Fig. 8 is a flow chart of an embodiment of the method according to the invention.
- FIG. 1 shows an embodiment of a projection exposure system 1 (lithography system), in particular an EUV lithography system.
- An embodiment of an illumination system 2 of the projection exposure system 1 has, in addition to a light or radiation source 3, an illumination optics 4 for illuminating an object field 5 in an object plane 6.
- the light source 3 can also be provided as a separate module from the rest of the illumination system 2. In this case, the illumination system 2 does not comprise the light source 3.
- a reticle 7 arranged in the object field 5 is exposed.
- the reticle 7 is held by a reticle holder 8.
- the reticle holder 8 can be displaced via a reticle displacement drive 9, in particular in a scanning direction.
- a Cartesian coordinate system with an x-direction x, a y-direction y and a z-direction z is shown in Fig. 1.
- the x-direction x runs perpendicularly into the drawing plane.
- the y-direction y runs horizontally and the z-direction z runs vertically.
- the scanning direction in Fig. 1 runs along the y-direction y.
- the z-direction z runs perpendicular to the object plane 6.
- the projection exposure system 1 comprises a projection optics 10.
- the projection optics 10 serves to image the object field 5 into an image field 11 in an image plane 12.
- the image plane 12 runs parallel to the object plane 6. Alternatively, an angle other than 0° between the object plane 6 and the image plane 12 is also possible.
- a structure on the reticle 7 is imaged onto a light-sensitive
- the wafer 13 is held by a wafer table 14.
- the wafer table 14 can be displaced via a wafer displacement drive 15, in particular along the y-direction y.
- the displacement of the reticle 7 on the one hand via the reticle displacement drive 9 and the wafer 13 on the other hand via the wafer displacement drive 15 can be synchronized with one another.
- the light source 3 is an EUV radiation source.
- the light source 3 emits in particular EUV radiation 16, which is also referred to below as useful radiation, illumination radiation or illumination light.
- the useful radiation 16 has in particular a wavelength in the range between 5 nm and 30 nm.
- the light source 3 can be a plasma source, for example an LPP source (EnglJ Laser Produced Plasma, plasma generated with the aid of a laser) or a DPP source (EnglJ Gas Discharged Produced Plasma, plasma generated by means of gas discharge). It can also be a synchrotron-based radiation source.
- the light source 3 can be a free-electron laser (EnglJ Free-Electron-Laser, FEL).
- the illumination radiation 16 that emanates from the light source 3 is bundled by a collector 17.
- the collector 17 can be a collector with one or more ellipsoidal and/or hyperboloidal reflection surfaces.
- the at least one reflection surface of the collector 17 can be exposed to the illumination radiation 16 in grazing incidence (Gl), i.e. with angles of incidence greater than 45°, or in normal incidence (NI), i.e. with angles of incidence less than 45°.
- Gl grazing incidence
- NI normal incidence
- the collector 17 can be structured and/or coated on the one hand to optimize its reflectivity for the useful radiation and on the other hand to suppress stray light.
- the illumination radiation 16 propagates through a
- intermediate focal plane 18 A separation between a radiation source module comprising the
- the illumination optics 4 comprise a deflection mirror 19 and a first facet mirror 20 arranged downstream of this in the beam path.
- the deflection mirror 19 can be a flat deflection mirror or alternatively a mirror with an effect that influences the bundle beyond the pure deflection effect. Alternatively or additionally, the deflection mirror 19 can be designed as a spectral filter that separates a useful wavelength of the illumination radiation 16 from false light of a different wavelength.
- the first facet mirror 20 is arranged in a plane of the illumination optics 4 that is optically conjugated to the object plane 6 as a field plane, it is also referred to as a field facet mirror.
- the first facet mirror 20 comprises a plurality of individual first facets 21, which can also be referred to as field facets. Only a few of these first facets 21 are shown in Fig. 1 as examples.
- the first facets 21 can be designed as macroscopic facets, in particular as rectangular facets or as facets with an arcuate or partially circular edge contour.
- the first facets 21 can be designed as flat facets or alternatively as convex or concave curved facets.
- the first facets 21 themselves can also be composed of a plurality of individual mirrors, in particular a plurality of micromirrors.
- the first facet mirror 20 can in particular be designed as a microelectromechanical system (MEMS system).
- MEMS system microelectromechanical system
- a second facet mirror 22 is arranged downstream of the first facet mirror 20. If the second facet mirror 22 is arranged in a pupil plane of the illumination optics 4, it is also referred to as a pupil facet mirror. The second facet mirror 22 can also be arranged at a distance from a pupil plane of the illumination optics 4. In this case, the combination of the first facet mirror 20 and the second facet mirror 22 is also referred to as a specular reflector. Specular reflectors are known from US 2006/0132747 A1, EP 1 614 008 B1 and US 6,573,978.
- the second facet mirror 22 comprises a plurality of second facets 23.
- the second facets 23 are also referred to as pupil facets.
- the second facets 23 can also be macroscopic facets, which can be round, rectangular or hexagonal, for example, or alternatively facets composed of micromirrors.
- macroscopic facets can be round, rectangular or hexagonal, for example, or alternatively facets composed of micromirrors.
- the second facets 23 can have planar or alternatively convex or concave curved reflection surfaces.
- the illumination optics 4 thus form a double faceted system.
- This basic principle is also known as a honeycomb condenser (EnglJ Fly's Eye Integrator). It may be advantageous not to arrange the second facet mirror 22 exactly in a plane that is optically conjugated to a pupil plane of the projection optics 10. In particular, the second facet mirror 22 can be arranged tilted relative to a pupil plane of the projection optics 10, as described, for example, in DE 10 2017 220 586 A1.
- the second facet mirror 22 is the last bundle-forming or actually the last mirror for the illumination radiation 16 in the beam path in front of the object field 5.
- a transmission optics can be arranged in the beam path between the second facet mirror 22 and the object field 5, which contributes in particular to the imaging of the first facets 21 in the object field 5.
- the transmission optics can have exactly one mirror, but alternatively also two or more mirrors, which are arranged one behind the other in the beam path of the illumination optics 4.
- the transmission optics can in particular comprise one or two mirrors for vertical incidence (Ni mirrors, normal incidence mirrors) and/or one or two mirrors for grazing incidence (GF mirrors, grazing incidence mirrors).
- the illumination optics 4 has exactly three mirrors after the collector 17, namely the deflection mirror 19, the first facet mirror 20 and the second facet mirror 22.
- the deflection mirror 19 can also be omitted, so that the illumination optics 4 can then have exactly two mirrors after the collector 17, namely the first facet mirror 20 and the second facet mirror 22.
- the imaging of the first facets 21 by means of the second facets 23 or with the second facets 23 and a transmission optics into the object plane 6 is usually only an approximate imaging.
- the projection optics 10 comprises a plurality of mirrors Mi, which are numbered according to their arrangement in the beam path of the projection exposure system 1.
- the projection optics 10 comprises six mirrors M1 to M6.
- the mirrors M1 to M6 are one optical element NI to N6. Alternatives with four, eight, ten, twelve or another number of mirrors Mi are also possible.
- the projection optics 10 are doubly obscured optics.
- the penultimate mirror M5 and the last mirror M6 each have a passage opening for the illumination radiation 16.
- the projection optics 10 have a numerical aperture on the image side that is greater than 0.5 and can also be greater than 0.6 and can be, for example, 0.7 or 0.75.
- Reflection surfaces of the mirrors Mi can be designed as free-form surfaces without a rotational symmetry axis.
- the reflection surfaces of the mirrors Mi can be designed as aspherical surfaces with exactly one rotational symmetry axis of the reflection surface shape.
- the mirrors Mi just like the mirrors of the illumination optics 4, can have highly reflective coatings for the illumination radiation 16. These coatings can be designed as multilayer coatings, in particular with alternating layers of molybdenum and silicon.
- the projection optics 10 has a large object-image offset in the y-direction y between a y-coordinate of a center of the object field 5 and a y-coordinate of the center of the image field 11.
- This object-image offset in the y The y direction can be approximately as large as the z distance between the object plane 6 and the image plane 12.
- the projection optics 10 can in particular be anamorphic. In particular, it has different image scales ßx, ßy in the x and y directions x, y.
- a positive image scale ß means an image without image inversion.
- a negative sign for the image scale ß means an image with image inversion.
- the projection optics 10 thus leads to a reduction in the ratio 44 in the x-direction x, i.e. in the direction perpendicular to the scanning direction.
- the projection optics 10 leads to a reduction of 84 in the y-direction y, i.e. in the scanning direction.
- Image scales are also possible. Image scales with the same sign and absolutely the same in the x and y directions x, y, for example with absolute values of 0.125 or 0.25, are also possible.
- the number of intermediate image planes in the x and y directions x, y in the beam path between the object field 5 and the image field 11 can be the same or can be different depending on the design of the projection optics 10. Examples of projection optics with different numbers of such intermediate images in the x and y directions x, y are known from US 2018/0074303 Al.
- Each of the second facets 23 is assigned to exactly one of the first facets 21 to form an illumination channel for illuminating the object field 5. This can result in particular in illumination according to the Köhler principle.
- the far field is formed using the first facets 21 into a plurality of object fields 5.
- the first facets 21 generate a plurality of images of the intermediate focus on the second facets 23 assigned to them.
- the first facets 21 are each imaged onto the reticle 7 by an associated second facet 23, superimposing one another, to illuminate the object field 5.
- the illumination of the object field 5 is in particular as homogeneous as possible. It preferably has a uniformity error of less than 2%.
- the field uniformity can be achieved by superimposing different illumination channels.
- the illumination of the entrance pupil of the projection optics 10 can be defined geometrically.
- the intensity distribution in the entrance pupil of the projection optics 10 can be set. This intensity distribution is also referred to as the illumination setting or illumination pupil filling.
- a likewise preferred pupil uniformity in the area of defined illuminated sections of an illumination pupil of the illumination optics 4 can be achieved by a redistribution of the illumination channels.
- the projection optics 10 can in particular have a homocentric entrance pupil. This can be accessible. It can also be inaccessible.
- the entrance pupil of the projection optics 10 cannot usually be illuminated precisely with the second facet mirror 22.
- the projection optics 10 images the center of the second facet mirror 22 telecentrically onto the wafer 13, the aperture rays often do not intersect at a single point.
- a surface can be found in which the pairwise determined distance of the aperture rays is minimal. This surface represents the entrance pupil or a surface conjugated to it in spatial space. In particular, this surface shows a finite curvature.
- the projection optics 10 have different positions of the entrance pupil for the tangential and the sagittal beam path.
- an imaging element in particular an optical component of the transmission optics, should be provided between the second facet mirror 22 and the reticle 7. With the help of this optical element, the different positions of the tangential entrance pupil and the sagittal entrance pupil can be taken into account.
- the second facet mirror 22 is arranged in a surface conjugated to the entrance pupil of the projection optics 10.
- the first facet mirror 20 is arranged tilted to the object plane 6.
- the first facet mirror 20 is arranged tilted to an arrangement plane that is defined by the deflection mirror 19.
- the first facet mirror 20 is arranged tilted to an arrangement plane that is defined by the second facet mirror 22.
- Fig. 2 shows an optical system 200 according to a first embodiment, which can be designed, for example, as the projection optics 10.
- a first embodiment which can be designed, for example, as the projection optics 10.
- the projection optics 10 With respect to Fig. 1, only a part of the projection optics 10 is shown. More precisely, only the optical element N5 or the mirror M5 is shown. The statements made below naturally also apply to the remaining optical elements Ni.
- the optical system 200 can also be used, for example, in a DUV lithography system.
- the optical system 200 has a sensor unit 202.
- the sensor unit 202 is designed to output a position measurement signal yk (corresponding to the actual position of the optical element N5 in the current magazine) depending on a position of the optical element N5.
- the sensor unit 202 can preferably have a position measurement sensor 204.
- the position measurement sensor 204 can be an encoder, in particular an optical encoder, and/or an interferometer and/or a potentiometer and/or a Hall sensor and/or a laser distance sensor.
- the sensor unit 202 can be attached to a sensor frame 214 of the optical system 200 or the lithography system 1.
- the optical system 200 comprises a controller 206, which is designed to control an actuator 208 as a function of a control signal U, which actuator is set up to control the optical element N5 as a function of the control signal uk in order to correct its position with respect to a target position Ps.
- the target position Ps of the optical element N5 is shown in dashed lines.
- the actuator 208 can be designed as a Lorenz actuator, for example.
- the actuator 208 is preferably supported on a support frame 216 of the optical system 200 or the lithography system 1.
- the support frame 216 and the sensor frame 214 are provided so as to be decoupled from one another in terms of vibration technology.
- the controller 206 can comprise at least one processor for executing program code and/or for executing at least one algorithm and/or a storage device for volatile and/or non-volatile (intermediate) storage of data and/or a working memory.
- the position deviation of the optical element N5 from the target position Ps can have different causes.
- One of these causes can be for example, a periodic, externally excited disturbance dk, which is caused by a mass inertia of a moving disturbance source 210 of the optical system 200.
- the disturbance dk generated by the disturbance source 210 can be transmitted via the air and/or the ground to all components, such as the optical element N5, of the optical system 200 and can, for example, excite them to oscillate at at least one oscillation frequency.
- the externally excited oscillation causes the position deviation of the optical element N5 from the target position Ps.
- the source of interference 210 can be, for example, the wafer table 14.
- the wafer table 14 can be provided in a vibrationally decoupled manner from the support frame 216 and/or the sensor frame 214, for example by means of appropriate dampers.
- acceleration moments are generated that excite the wafer table 14 to vibrate at at least one vibration frequency.
- This generates the interference dk. Since the decoupling between the wafer table 14 and the support frame 216 or sensor frame 214 is incomplete, the interference dk is partially passed through.
- the interference dk can have vibration frequencies with directions of extension in several spatial directions. The vibration frequencies can have longitudinal and/or transverse vibration patterns.
- the periodic, externally excited disturbance dk can optionally be at least partially detected by a disturbance sensor unit 212 of the optical system 200.
- the purely optional disturbance sensor unit 212 is designed to detect the periodic, externally excited disturbance dk in the form of a disturbance measurement signal and to provide the disturbance measurement signal to the controller 206.
- Fig. 3 shows a detailed view of the block diagram of Fig. 2, where the controller
- the controller 206 comprises a controller unit 300 which is designed to generate a controller actuating signal u c ,k as a function of the position measurement signal yk.
- the controller 206 also has a disturbance estimator unit 302 which is designed to estimate the periodic, externally excited disturbance dk for a next period (which follows the above-mentioned, current period) and, based thereon, to estimate a position of the optical element N5 in the next period as a function of the position measurement signal yk and the actuating signal uk and to output a pilot control actuating correction signal ud,k as a function of the position estimated for the next period.
- the controller 206 also has an adding unit 304 which is designed to generate the actuating signal uk by summing the controller actuating signal u c ,k and the pilot control actuating correction signal u .k.
- the actuating signal uk is input to the disturbance estimator unit 302 as a pilot control signal.
- the disturbance estimator unit 302 can have a linear filter and/or a non-linear filter. Particularly preferably, the disturbance estimator unit 302 has a Kalman filter, as shown in detail in Fig. 4.
- a Kalman filter is preferably an estimator that observes non-measurable states of a system and reduces the measurement noise for measurable states.
- the system is temporally discretized with a sampling rate or time step rate of, for example, 2 kHz.
- Fig. 4 shows a detailed view of the block diagram of Fig. 3, wherein the disturbance estimation unit 302 is shown in more detail.
- the disturbance estimation unit 302 has an estimation unit 400 which is designed to execute a finite element model of the optical element N5 and/or a model of the periodic, externally excited disturbance dk in order to estimate a respective position of the optical element N5 relative to the target position Ps for each state of the periodic, externally excited disturbance dk and/or per period as a function of the control signal uk.
- the finite element model of the optical element N5 and/or the model of the periodic, externally excited disturbance dk is preferably implemented on the estimation unit 400 in the form of program code and/or in the form of an algorithm and thus executable.
- the disturbance estimator unit 302 further comprises a correction unit 402 which is designed to generate a state-dependent correction signal %k+i for the respective estimated position as a function of the position measurement signal yk, in particular for each state of the periodic, externally excited disturbance dk and/or per period, and to provide the correction signal %k+i to the estimator unit 400 for estimating a respective position in a next state and/or in a next period.
- the disturbance estimator unit 302 can comprise a time delay unit 404 or a delay unit.
- the disturbance estimator unit 302 is designed to generate the pre-control correction signal ud,k from the sum of the correction signals %k+i by summing the correction signals %k+i, preferably per oscillation period.
- the feedback control by the controller control signal u c ,k is preferably assumed to be a PID controller in combination with a decoupling matrix.
- the decoupling is preferably based on a frequency approach and works particularly well for a certain frequency range in which the disturbance dk is located. Outside this range, the system is not necessarily decoupled.
- the feedforward control u .k preferably uses the results of the Kalman filter and includes the estimated states that correspond to the disturbance dk in the respective period.
- the disturbance estimator unit 302 can be activated and deactivated to examine the effects of using this control.
- the functionality of the optical system 200 or the method can be verified, for example, by simulating a simplified oscillation system of the optical element N5. The results of such a verification are shown in Figs. 5 and 6.
- a single-mass oscillator can be used as a (FEM) model for the optical element N5, the oscillation of which is controlled by a PID controller.
- An additive, periodic input disturbance or the periodic, externally excited disturbance dk can, for example, be applied to the single-mass oscillator in order to examine its oscillation behavior with respect to the disturbance. Investigations have shown that the exact frequencies of the real disturbance dk do not necessarily have to be included in the model of the disturbance estimator unit 302. Instead, it has been shown that it is sufficient to distribute frequencies evenly over a relevant frequency range.
- a real disturbance spectrum of the disturbance dk is preferably used, and this is divided into individual subfrequencies by a Fourier transformation. From this spectrum, for example, a predetermined number of the most dominant frequencies can be selected and used as a disturbance with a random amplitude and phase position.
- a certain number of the most dominant frequencies is taken into account in the disturbance estimator unit 302, which can be less than the selected number.
- only the three most dominant frequencies of the disturbance spectrum can be taken into account in the model of the disturbance in the disturbance estimator unit 302.
- the frequencies 10, 50 and 100 Hz were chosen in order to cover the entire relevant disturbance spectrum.
- Figs. 5(b), 5(d), 5(f) real disturbance signals 504 of the disturbance dk in the translational spatial directions x, y, z and their estimates 506 from the disturbance estimation unit 302 are shown in Figs. 5(b), 5(d), 5(f).
- the disturbances are estimated very well and their use in feedforward control leads to a drastic reduction in the position errors of the single-mass oscillator.
- the time t in seconds s is plotted on the respective ordinate.
- the respective position error for one spatial direction is plotted on the respective abscissa in Figs. (a), 5(c), 5(e).
- the respective position deviation from the target position Ps (here represented by the zero line) is plotted for one spatial direction.
- the reduction in the Fourier transform of the position error signals 600 without pre-control of the optical element 202 and in the Fourier transform of the position error signals 602 with pre-control can be seen particularly well. This also shows that the exact frequencies of the real disturbance dk do not have to be included in the disturbance estimator unit 302 in order to achieve good performance in compensating for the disturbance. At 10, 50 and 100 Hz, the disturbance is suppressed particularly well, but surrounding frequencies are also effectively filtered out.
- the respective position error signals 600, 602 are shown for the three spatial directions x, y, z in Figures 6(a) to 6(c). The frequency in Hz is plotted on the respective ordinate. The amplitude for each spatial direction, e.g. in %, is plotted on the respective abscissa.
- Fig. 7 shows a real interference spectrum of the interference dk. It can be seen that the interference spectrum shows several significant interference frequencies that extend over a frequency range from 0 to 100 Hz. For example, the amplitudes at the frequencies ⁇ 5 Hz, 20 Hz, ⁇ 24 Hz, 30 Hz, ⁇ 42 Hz, ⁇ 49 Hz, 60 Hz, ⁇ 73 Hz, 85 Hz and ⁇ 94 Hz are pronounced compared to the amplitudes at the remaining frequencies within the frequency range shown.
- the ordinate shows the frequency in Hz.
- the abscissa shows the amplitude in %, for example.
- Fig. 8 shows a flow chart of an embodiment of the method according to the invention for reducing vibration-based disturbances in the optical system 200 and/or the lithography system 1.
- the method has the following steps: outputting S1 of the position measurement signal yk as a function of a position of an optical element NI - N6; generating S2 of the controller actuating signal u c ,k as a function of the position measurement signal yk!
- the FEM model is generated in a step preceding step S1.
- the FEM model is generated in a step preceding step S1. For this purpose, for example, measurements of disturbances in a known system and/or disturbance simulations are used.
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Abstract
Description
OPTISCHES SYSTEM, LITHOGRAPHIE ANLAGE UND VERFAHREN ZUM VERMINDERN VON SCHWINGUNGSBASIERTEN STÖRUNGEN OPTICAL SYSTEM, LITHOGRAPHY DEVICE AND METHOD FOR REDUCING VIBRATION-BASED INTERFERENCE
Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches System, eine Lithographieanlage mit einem derartigen optischen System und ein Verfahren zum Vermindern von schwingungsbasierten Störungen in einem optischen System und/oder einer Lithographieanlage. The present invention relates to an optical system, a lithography system with such an optical system and a method for reducing vibration-based disturbances in an optical system and/or a lithography system.
Der Inhalt der Prioritätsanmeldung DE 10 2023 205 571.6 wird durch Bezugnahme vollumfänglich mit einbezogen (incorporation by reference). The content of the priority application DE 10 2023 205 571.6 is incorporated in its entirety by reference.
Die Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise, angewendet. Der Mikrolithogra- phieprozess wird mit einer Lithographieanlage durchgeführt, welche ein Beleuchtungssystem und ein Projektionssystem aufweist. Das Bild einer mittels des Beleuchtungssystems beleuchteten Maske (Retikel) wird hierbei mittels des Projektionssystems auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes und in der Bildebene des Projektionssystems angeordnetes Substrat, beispielsweise einen Siliziumwafer, projiziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen. Microlithography is used to produce microstructured components, such as integrated circuits. The microlithography process is carried out using a lithography system that has an illumination system and a projection system. The image of a mask (reticle) illuminated by the illumination system is projected by the projection system onto a substrate, such as a silicon wafer, that is coated with a light-sensitive layer (photoresist) and arranged in the image plane of the projection system in order to transfer the mask structure onto the light-sensitive coating of the substrate.
Getrieben durch das Streben nach immer kleineren Strukturen bei der Herstellung integrierter Schaltungen werden derzeit EUV'Lithographieanlagen entwickelt, welche Licht mit einer Wellenlänge im Bereich von 0,1 nm bis 30 nm, insbesondere 13,5 nm, verwenden. Da die meisten Materialien Licht dieser Wellenlänge absorbieren, müssen bei solchen EUV'Lithographieanlagen reflektierende Optiken, das heißt Spiegel, anstelle von - wie bisher - brechenden Optiken, das heißt Linsen, eingesetzt werden. Bei der Herstellung von mikrostrukturierten Bauelementen kommen oftmals sogenannte Wafer-Stages zum Einsatz. Eine Wafer-Stage ist eine Vorrichtung in der Halbleiterindustrie, die zur Fertigung von Halbleiterscheiben, sogenannten Wafers, verwendet wird. Die Wafer-Stage ist Teil eines sogenannten Wafer-Step- pers und/oder eines Lithographiegerätes, das zur Erstellung von mikroskopisch kleinen Strukturen auf den Wafers verwendet wird. Diese Wafer-Stage spielt eine wichtige Rolle bei der Fertigung von Halbleiterbauelementen, da sie dazu beiträgt, dass die Strukturen auf dem Wafer präzise und/oder wiederholbar her- gestellt werden können. Driven by the pursuit of ever smaller structures in the manufacture of integrated circuits, EUV lithography systems are currently being developed that use light with a wavelength in the range of 0.1 nm to 30 nm, in particular 13.5 nm. Since most materials absorb light of this wavelength, such EUV lithography systems must use reflective optics, i.e. mirrors, instead of - as previously - refractive optics, i.e. lenses. So-called wafer stages are often used in the manufacture of microstructured components. A wafer stage is a device in the semiconductor industry that is used to manufacture semiconductor discs, so-called wafers. The wafer stage is part of a so-called wafer stepper and/or a lithography device that is used to create microscopically small structures on the wafers. This wafer stage plays an important role in the manufacture of semiconductor components because it helps to ensure that the structures on the wafer can be manufactured precisely and/or repeatably.
Die Wafer-Stage ist ein beweglicher Tisch, auf dem der Wafer befestigt wird. Der Tisch bewegt sich in x-, y und z-Richtung und ermöglicht so die präzise Positionierung des Wafers unter dem Belichtungs system des Steppers und/oder eines Lithographiegerätes. Die Wafer-Stage wird von einem Computer hochpräzise gesteuert, der die genaue Positionierung des Wafers entsprechend den Anforderungen des Belichtungsprozesses steuert. The wafer stage is a movable table on which the wafer is mounted. The table moves in the x, y and z directions, allowing the precise positioning of the wafer under the exposure system of the stepper and/or a lithography device. The wafer stage is controlled with high precision by a computer, which controls the exact positioning of the wafer according to the requirements of the exposure process.
Bei dieser Bewegung der Wafer-Stage und dem anschließenden Belichtungsprozess treten schwingungsbedingte Störungen auf, die mit den größten Beitrag zu den zu verzeichnenden Belichtungsfehlern auf dem mikrostrukturierten Bauelement liefern. Eine derartige Störung liegt zumeist im Bereich von unter 100 Hz und resultiert aus der periodischen Verfahrbewegung der Wafer-Stage mit oftmals hoher Beschleunigung. During this movement of the wafer stage and the subsequent exposure process, vibration-related disturbances occur, which make the largest contribution to the exposure errors recorded on the microstructured component. Such disturbances are usually in the range of less than 100 Hz and result from the periodic movement of the wafer stage with often high acceleration.
Die Schwingungen und/oder Störungen werden über die Luft und/oder über den Boden auf Komponenten der Lithographieanlage, insbesondere auf den Tragrahmen (sog. force frame) der optischen Elemente, wie Spiegeln und/oder Linsen, und/oder auf an dem Sensorrahmen (sog. sensor frame) montierte Sensoren, übertragen. Trotz existierender Entkopplungsstrategien werden die genannten Komponenten mit der Frequenz der Wafer-Stage zur Schwingung angeregt. Diese Anregungen gehen unmittelbar in einen Positionsfehler der Spiegel und/oder Linsen und damit in ihre jeweilige Sichtline (englJ Line-of- Sight (LoS)) und/oder in Messfehler eines Sensors über. Der gemessene Positionsfehler der optischen Elemente zeigt periodische Charakteristiken, deren Frequenzen mit den Frequenzen der Wafer-Stage-Bewegung/'Schwingung über einstimmen. Lediglich die Amplituden und die Phasenlage kann unterschiedlich sein. Die Regelung der optischen Elemente beschränkt sich zumeist auf eine Positionsrückführung, die auf eine Stabilisierung eines Arbeitspunktes des optischen Elements ausgelegt ist, und so auf absolute Positionsfehler durch eine Aktivregelung reagieren kann. The vibrations and/or disturbances are transmitted via the air and/or the ground to components of the lithography system, in particular to the support frame (so-called force frame) of the optical elements, such as mirrors and/or lenses, and/or to sensors mounted on the sensor frame. Despite existing decoupling strategies, the above-mentioned components are excited to vibrate at the frequency of the wafer stage. These excitations are immediately converted into a position error of the mirrors and/or lenses and thus into their respective line of sight (LoS) and/or into measurement errors of a sensor. The measured position error of the optical elements shows periodic characteristics whose frequencies match the frequencies of the wafer stage movement/oscillation. Only the amplitudes and the phase position can be different. The control of the optical elements is usually limited to position feedback, which is designed to stabilize an operating point of the optical element and can thus react to absolute position errors through active control.
Ebenfalls besteht die Herausforderung, dass die durch die Wafer-Stage hervorgerufenen Störungen und/oder Frequenzmuster je nach herzustellendem, mikrostrukturierten Bauelement unterschiedlich sein können. Dies hängt inhärent davon ab, welche Muster auf das mikrostrukturierte Bauelement aufgebracht werden sollen. Derartige Muster sind jedoch oftmals Teil eines Firmengeheimnisses eines jeweiligen Herstellers von mikrostrukturierten Bauelementen und dadurch nicht zugänglich für eine regelungstechnische Berücksichtigung vor Inbetriebnahme der Lithograp hieanlage. Zudem werden mit einer Wafer-Stage oftmals mehrere unterschiedliche Muster gefahren, die sich ggf. nach einem Belichtungsprozesses ändern und/oder variieren können. Daher ist es nicht möglich, im Vorhinein die auftretenden Störfrequenzen exakt zu bestimmen, um diesen regelungstechnisch entgegenzuwirken. Another challenge is that the interference and/or frequency patterns caused by the wafer stage can vary depending on the microstructured component to be manufactured. This inherently depends on which patterns are to be applied to the microstructured component. However, such patterns are often part of a trade secret of a respective manufacturer of microstructured components and are therefore not accessible for control-technical consideration before the lithography system is put into operation. In addition, a wafer stage is often used to run several different patterns, which may change and/or vary after an exposure process. It is therefore not possible to determine the interference frequencies that occur precisely in advance in order to counteract them with control technology.
Vor diesem Hintergrund besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein verbessertes optisches System und ein verbessertes Verfahren zum Vermindern von schwingungsbasierten Störungen bereitzustellen. Against this background, it is an object of the present invention to provide an improved optical system and an improved method for reducing vibration-based disturbances.
Demgemäß wird ein optisches System vor geschlagen. Das optische System weist ein optisches Element auf. Das optische System weist eine Sensor-Einheit auf, die dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit einer Position des optischen Elements ein Positionsmesssignal auszugeben. Das optische System weist eine Re gier -Einheit auf, die dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit des Positionsmesssignals ein Reglerstellsignal zu erzeugen. Das optische System weist eine Störgrößenschätzer- Einheit auf, die dazu eingerichtet ist, eine periodische, fremderregte Störung für einen nächsten Zeitschrift zu schätzen (bevorzugt ohne die Störung tatsächlich zu messen), und basierend darauf eine Position des optischen Elements in dem nächsten Zeitschrift in Abhängigkeit des Positionsmesssignals und eines Stellsignals zu schätzen und in Abhängigkeit der für den nächsten Zeitschrift geschätzten Position ein Vorsteuer-Stellkorrektursignal auszugeben. Das optische System umfasst eine Addier -Einheit, welche dazu eingerichtet ist, das Stellsignals durch Aufsummieren des Reglerstellsignals und des Vorsteuer-Stellkorrektursignals zu erzeugen. Das optische System weist einen Aktor auf, der dazu eingerichtet ist, das optische Element in Abhängigkeit des Stellsignals anzusteuern, um derart insbesondere die Positionsabweichung, die durch die periodische, fremderregte Störung bedingt ist, zu kompensieren. Ein Vorteil des vorliegenden, optischen Systems ist, dass eine Störungskompensation möglich ist, ohne dass hierzu die Störung sensorisch erfasst werden oder bekannt sein muss. Ein Zeitschrift kann vorliegend beispielsweise durch eine Taktzeit der Störgrößenschätzer-Einheit bestimmt sein. Anstelle des Begriffes „Zeitschrift“ kann auch der Begriff „Regelzeitschritt“ verwendet werden. Accordingly, an optical system is proposed. The optical system has an optical element. The optical system has a sensor unit which is set up to output a position measurement signal depending on a position of the optical element. The optical system has a control unit which is set up to generate a controller actuating signal depending on the position measurement signal. The optical system has a disturbance estimator unit which is set up to estimate a periodic, externally excited disturbance for a next magazine (preferably without actually measuring the disturbance), and based thereon to estimate a position of the optical element in the next magazine depending on the position measurement signal and an actuating signal and to output a pilot control actuating correction signal depending on the position estimated for the next magazine. The optical system comprises an adding unit which is set up to generate the actuating signal by summing the controller actuating signal and the pilot control actuating correction signal. The optical system has an actuator that is designed to control the optical element depending on the control signal in order to compensate in particular for the position deviation caused by the periodic, externally excited disturbance. One advantage of the present optical system is that disturbance compensation is possible without the disturbance having to be detected by sensors or known. In this case, a period can be determined, for example, by a cycle time of the disturbance estimator unit. Instead of the term “period”, the term “control time step” can also be used.
Die "Einheiten" können vorliegend hardware- und/oder softwaretechnisch ausgebildet sein. Eine Einheit kann somit beispielsweise als eine Steuereinrichtung mit mindestens einem Prozessor und/oder als Ein-Chip-System (englJ system on a chip, SoC) ausgebildet sein, auf der/dem mindestens ein Skript und/oder mindestens ein Algorithmus und/oder eine Datenbank hinterlegt und/oder ausführbar ist. Eine Einheit kann alternativ auch als Skript und/oder als Computerprogramm und/oder als Computerprogramm-Produkt ausgebildet sein. Die Sensor-Einheit kann vorzugsweise einen Positionsmesssensor aufweisen. Bei dem Positionsmesssensor kann es sich beispielsweise um einen Encoder, insbesondere optischen Encoder, und/oder um ein Interferometer und/oder ein Potentiometer und/oder um einen Hall-Sensor und/oder um einen Laser-Distanzsensor handeln. Je nach Art der verwendeten Sensor-Einheit kann das von dieser erzeugte Positionsmesssignal unterschiedlich sein. Das Positionsmesssignal gibt vorzugsweise eine Position (Ist-Position), insbesondere eine Absolut-Position, des optischen Elements pro Zeitschrift an. Ein solcher Zeitschrift ist vorzugsweise von einer Taktzeit der Sensor-Einheit bestimmt. Das Positionsmesssignal gibt vorzugsweise im Zeitverlauf eine relative Position des optischen Elements zu einer Soll- Position an. Das Positionsmesssignal kann vorzugsweise interferometrisch erfasst sein. The "units" can be designed in terms of hardware and/or software. A unit can thus be designed, for example, as a control device with at least one processor and/or as a system on a chip (SoC), on which at least one script and/or at least one algorithm and/or a database is stored and/or executable. A unit can alternatively also be designed as a script and/or as a computer program and/or as a computer program product. The sensor unit can preferably have a position measuring sensor. The position measuring sensor can be, for example, an encoder, in particular an optical encoder, and/or an interferometer and/or a potentiometer and/or a Hall sensor and/or a laser distance sensor. Depending on the type of sensor unit used, the position measuring signal generated by it can vary. The position measuring signal preferably indicates a position (actual position), in particular an absolute position, of the optical element per magazine. Such a magazine is preferably determined by a cycle time of the sensor unit. The position measuring signal preferably indicates a relative position of the optical element to a target position over time. The position measuring signal can preferably be recorded interferometrically.
Die Regler-Einheit ist vorzugsweise eine Vorrichtung oder ein Algorithmus, die/der mindestens eine Regelungsfunktion ausführt, um eine jeweilige Isf-Posi- tion des optischen Elements stets, insbesondere pro Regelzeitschritt, so zu ändern und/oder anzupassen und/oder gleichzuhalten, dass diese einer Soll-Position des optischen Elements in dem jeweiligen Regelzeitschritt entspricht. Besonders bevorzugt werden mehrere Bewegungsfreiheitsgrade (vorzugsweise alle sechs Freiheitsgrade) des optischen Elements durch die Regler-Einheit geregelt. Das von der Regler-Einheit erzeugte Reglerstellsignal umfasst vorzugsweise mindestens eine Stellanweisung und/oder Stellangabe für mindestens einen Bewegungsfreiheitsgrad des optischen Elements, in Abhängigkeit dessen der Aktor eine jeweilige Ist- Position, insbesondere pro Regelzeitschritt, optischen Elements an eine jeweilige Soll-Position durch Einleiten einer Verstell-Bewegung des optischen Elements angleicht. Die Re gier -Einheit kann als PID (verstärkend, integrierend, differenzierend) -Regler ausgebildet sein. The controller unit is preferably a device or an algorithm that carries out at least one control function in order to always change and/or adapt and/or keep the same a respective Isf position of the optical element, in particular per control time step, so that it corresponds to a target position of the optical element in the respective control time step. Particularly preferably, several degrees of freedom of movement (preferably all six degrees of freedom) of the optical element are controlled by the controller unit. The controller control signal generated by the controller unit preferably comprises at least one control instruction and/or control specification for at least one degree of freedom of movement of the optical element, depending on which the actuator adjusts a respective actual position, in particular per control time step, of the optical element to a respective target position by initiating an adjustment movement of the optical element. The control unit can be designed as a PID (amplifying, integrating, differentiating) controller.
Das Stellsignal wird vorzugsweise vorliegend aus einer Summe von Stellsignalen, nämlich aus dem Reglerstellsignal und dem Vorsteuer-Stellkorrektursignal gebildet, wenn ein derartiges Vorsteuer-Stellkorrektursignal vorhanden ist. In einer Ausführungsform entspricht in einem initialen Regelzeitschritt das Stellsignal vorzugsweise dem von der Regler-Einheit auf Basis des Positionsmesssignals erzeugten Reglerstellsignal, da in diesem initialen Schritt noch kein Vorsteuer-Stellkorrektursignal vorhanden ist. In einer alternativen Ausführungsform kann das Vorsteuer-Stellkorrektursignal initialisiert sein, sodass schon in dem initialen Regelzeitschritt das Vorsteuer-Stellkorrektursignal verwendet werden kann. Erst in dem nächsten Regelzeitschritt kann vorzugsweise ein Vorsteuer-Stellkorrektur- signal auf Basis des Stellsignals aus dem vorherigen Regelzeitschritt erzeugt und auf das Reglerstellsignal dieses Zeitschritts summiert werden. Auf Basis des um das Vorsteuer-Stellkorrektursignal erweiterten Stellsignals erfolgt vorzugsweise pro Regelzeitschritt eine Positionsanpassung des optischen Elements an eine jeweilige Soll-Position durch den Aktor. The control signal is preferably formed from a sum of control signals, namely the controller control signal and the pilot control correction signal formed when such a pilot control correction signal is present. In one embodiment, in an initial control time step, the control signal preferably corresponds to the controller control signal generated by the controller unit on the basis of the position measurement signal, since in this initial step no pilot control correction signal is yet present. In an alternative embodiment, the pilot control correction signal can be initialized so that the pilot control correction signal can already be used in the initial control time step. Only in the next control time step can a pilot control correction signal preferably be generated on the basis of the control signal from the previous control time step and summed to the controller control signal of this time step. On the basis of the control signal extended by the pilot control correction signal, a position adjustment of the optical element to a respective target position is preferably carried out by the actuator for each control time step.
Die periodische, fremderregte Störung umfasst beispielsweise eine Schwingung in mindestens einer Frequenz und/oder einem Frequenzbereich, die durch eine Stör- quelle erzeugt und beispielsweise über den Boden und/oder die Luft auf Komponenten des optischen Systems übertragen wird. Durch die Störung werden die Komponenten, wie beispielsweise das optische Element, zur fremderregten Schwingung angeregt. Diese Schwingung führt zu einer Positionsabweichung des optischen Elements von einer jeweiligen Soll-Position. Diese schwingungsbedingte Positionsabweichung wird erfindungsgemäß zumindest teilweise kompensiert. The periodic, externally excited disturbance includes, for example, an oscillation in at least one frequency and/or frequency range, which is generated by an interference source and transmitted, for example, via the ground and/or the air to components of the optical system. The disturbance causes the components, such as the optical element, to oscillate externally. This oscillation leads to a position deviation of the optical element from a respective target position. This oscillation-related position deviation is at least partially compensated according to the invention.
Die Addier-Einheit ist vorzugsweise eine elektronische Schaltung, die dazu eingerichtet ist, zwei oder mehr Eingangssignale zu addieren, um ein Ausgangssignal, vorliegend das Stellsignal, zu erzeugen, das die Summe der Eingangssignale ist. The adding unit is preferably an electronic circuit which is designed to add two or more input signals to generate an output signal, in this case the control signal, which is the sum of the input signals.
Der Aktor kann beispielsweise ein elektrischer und/oder elektromagnetischer und/oder mechanischer Aktor sein. Beispielsweise kann der Aktor einen Stell-Motor oder Lorenz-Aktuator umfassen, durch den das optische Element in seiner Position um mindestens eine Bewegungsachse und/oder entlang mindestens einer Bewegungsachse verstellbar ist. Besonders bevorzugt umfasst das optische System für jeden Bewegungsfreiheitsgrad des optischen Elements mindestens einen Aktor, durch den eine Bewegung des optischen Elements in dem jeweiligen Bewegungsfreiheitsgrad erfolgen kann. Der jeweilige Aktor wird vorzugsweise durch das Stellsignal angesteuert, um dadurch eine Positionsänderung des optischen Elements, vorzugsweise hin zu einer Soll-Position zu bewirken. Damit, dass der Aktor das optische Element ansteuert, ist insbesondere gemeint, dass der Aktor eine Kraft auf das optische Element aufbringt. The actuator can be, for example, an electrical and/or electromagnetic and/or mechanical actuator. For example, the actuator can comprise a servo motor or Lorenz actuator, by means of which the optical element in its Position is adjustable about at least one movement axis and/or along at least one movement axis. Particularly preferably, the optical system comprises at least one actuator for each degree of freedom of movement of the optical element, by means of which a movement of the optical element can take place in the respective degree of freedom of movement. The respective actuator is preferably controlled by the control signal in order to thereby bring about a change in position of the optical element, preferably towards a desired position. The fact that the actuator controls the optical element means in particular that the actuator applies a force to the optical element.
Besonders bevorzugt entspricht das Vorsteuer-Stellkorrektursignal in seinem Signalverlauf im Wesentlichen einem negativen Signalverlauf der periodischen, fremderregten Störung. Durch die Überlagerung des Reglerstellsignals mit dem Vorsteuer-Stellkorrektursignal kann ein Stellsignal erzeugt werden, in welchem die periodische, fremderregte Störung als negative Signalkomponente berücksichtigt ist. Beim Ansteuern des Aktors in Abhängigkeit des Stellsignals kann so eine Positionsänderung des optischen Elements erreicht werden, in der die periodische, fremderregte Störung kompensiert ist. Wird das Vorsteuer-Stellkorrektursignal mit der periodischen, fremderregten Störung überlagert, löschen sich diese beiden Signale vorzugsweise im Wesentlichen, d.h. unter Berücksichtigung schätzungsbedingter Toleranzen, gegenseitig aus. Particularly preferably, the signal profile of the pilot control correction signal essentially corresponds to a negative signal profile of the periodic, externally excited disturbance. By superimposing the controller control signal with the pilot control correction signal, an actuating signal can be generated in which the periodic, externally excited disturbance is taken into account as a negative signal component. When the actuator is controlled depending on the actuating signal, a position change of the optical element can be achieved in which the periodic, externally excited disturbance is compensated. If the pilot control correction signal is superimposed with the periodic, externally excited disturbance, these two signals preferably essentially cancel each other out, i.e. taking into account estimation-related tolerances.
Vorhegend kommt also vorzugsweise ein Störungsschätzer zum Einsatz, um regelungstechnisch Störanregungen in einem optischen System und/oder einer Projektionsbelichtungsanlage, die insbesondere durch oder während eines Scan-Prozesses an einem optischen Element auftreten können, zu kompensieren. Hierdurch wird die Positionsgenauigkeit des optischen Elements bezogen auf seine jeweilige Soll-Position verbessert, da keine oder zumindest verringerte Positionsabweichungen aufgrund von äußeren Störungen bestehen. Die Störungen können vielmehr ausgefiltert und/oder durch entsprechende Gegenbewegung(en) des optischen Elements durch das erzeugte Vorsteuer-Stellkorrektursignal kompensiert werden. Hierdurch kann eine Genauigkeit des optischen Systems verbessert werden. Durch den Störgrößenschätzer ist es zudem nicht notwendig, die Störung bzw. einen Signalverlauf der Störung im Voraus zu kennen, da der Störgrößenschätzer bevorzugt in Echtzeit ein Vorsteuer-Stellkorrektursignal erzeugen kann, durch das der jeweilige Signalverlauf der Störung in dem jeweiligen Zeitschrift berücksichtigt ist. Somit erlaubt die vorliegende Lösung das Ausnutzen des ohnehin vorhandenen Positionsmesssignals des optischen Elements zur Verbesserung der Regelbarkeit. Dies wird durch eine Kombination aus Rückführung und Vorsteuerung erreicht. Entsprechend können somit auf einfache und kostengünstige Weise störungsbedingte Positionsänderungen des optischen Elements, die zu einer verringerten Genauigkeit des optischen Systems führen, kompensiert werden. In the present case, a disturbance estimator is preferably used to compensate for disturbances in an optical system and/or a projection exposure system, which can occur in particular through or during a scanning process on an optical element. This improves the position accuracy of the optical element in relation to its respective target position, since there are no or at least reduced position deviations due to external disturbances. The disturbances can instead be filtered out and/or compensated for by corresponding countermovement(s) of the optical element can be compensated by the generated feedforward control correction signal. This can improve the accuracy of the optical system. The disturbance estimator also makes it unnecessary to know the disturbance or a signal curve of the disturbance in advance, since the disturbance estimator can generate a feedforward control correction signal, preferably in real time, which takes the respective signal curve of the disturbance into account in the respective period. The present solution thus allows the use of the already existing position measurement signal of the optical element to improve controllability. This is achieved by a combination of feedback and feedforward control. Accordingly, disturbance-related position changes of the optical element, which lead to reduced accuracy of the optical system, can be compensated in a simple and cost-effective manner.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Störgrößenschätzer-Einheit eine Schätzer-Einheit auf, die dazu eingerichtet ist, ein Finite-Elemente-Modell (FEM- Modell) des optischen Elements und/oder ein Modell der periodischen, fremderregten Störung auszuführen, um für jeden Zustand der periodischen, fremderregten Störung und/oder pro Zeitschrift eine jeweilige Position des optischen Elements in Abhängigkeit des Stellsignals zu schätzen. According to one embodiment, the disturbance estimation unit has an estimation unit which is configured to execute a finite element model (FEM model) of the optical element and/or a model of the periodic, externally excited disturbance in order to estimate a respective position of the optical element as a function of the actuating signal for each state of the periodic, externally excited disturbance and/or per magazine.
Besonders bevorzugt deckt das Modell der periodischen, fremderregten Störung ein Frequenzband ab, das eine Frequenz und/oder einen Frequenzbereich der periodischen, fremderregten Störung umfasst. Beispielsweise sind von dem Modell auch Störungen umfasst, die eine bestimmte Abweichung in ihrer Frequenz zu einer Untergrenze des (bekannten, weil zum Beispiel empirisch erfassten) Frequenzbereiches der periodischen, fremderregten Störung und/oder zu einer Obergrenze des Frequenzbereiches der periodischen, fremderregten Störung aufweisen. Die jeweilige Positionsänderung des optischen Elements bedingt vorzugsweise die jeweilige Positionsabweichung. Die Störgrößenschätzer-Einheit ist vorzugsweise dazu eingerichtet, das Vorsteuer-Stellkorrektursignal für jeden Zeitschritt bzw. Regelzeitschritt zu erzeugen. Hierdurch kann eine Echtzeit-Regelung des optischen Elements zur Kompensation der Störung erfolgen. Der Störgrößenschätzer-Einheit liegen vorzugsweise Modelle zugrunde, durch die eine, insbesondere um die periodische, fremderregte Störung erweiterte Systemdynamik abgebildet bzw. simuliert werden kann. In einem durch die Schätzer-Einheit ausgeführten Prädiktionsschritt wird vorzugsweise eine jeweils durch das Stellsignal erreichte Ist-Position des optischen Elements und ein jeweiliger Störungseinfluss für einen nächsten Zeitschrift bzw. Regelzeitschritt vorhergesagt. Das Modell der periodischen, fremderregten Störung weist vorzugsweise eine Funktionsüberlagerung mehrerer Sinusfunktionen mit jeweils unterschiedlichen Frequenzen auf. Das Modell der periodischen, fremderregten Störung basiert vorzugsweise auf der Theorie der Fourier-Transformation, durch welche angegeben ist, dass jedes periodische Signal durch eine Überlagerung unendlich vieler Sinusfunktionen jeweils unterschiedlicher Frequenzen generiert werden kann. Die Schätzung der Störung aus der Störgrößenschätzer-Einheit kann vorzugsweise im nächsten Regelzeitschritt in Form des Vorsteuer-Stellkorrektursignals genutzt werden, um eine störungsbedingte Fehlpositionierung des optischen Elements zu vermeiden und/oder zumindest zu vermindern. Somit kann die periodische, fremderregte Störung in einem jeweiligen Moment bzw. Regelzeitschritt, in dem sie auftritt, vorzugsweise erfindungsgemäß regelungstechnisch ausgeglichen werden. The model of the periodic, externally excited disturbance particularly preferably covers a frequency band that includes a frequency and/or a frequency range of the periodic, externally excited disturbance. For example, the model also includes disturbances that have a certain deviation in their frequency from a lower limit of the (known, because for example empirically recorded) frequency range of the periodic, externally excited disturbance and/or from an upper limit of the frequency range of the periodic, externally excited disturbance. The respective position change of the optical element preferably causes the respective position deviation. The disturbance estimator unit is preferably designed to set up to generate the feedforward control correction signal for each time step or control time step. This enables real-time control of the optical element to compensate for the disturbance. The disturbance estimator unit is preferably based on models by means of which a system dynamic, in particular extended to include the periodic, externally excited disturbance, can be mapped or simulated. In a prediction step carried out by the estimator unit, an actual position of the optical element reached by the control signal and a respective disturbance influence for a next time step or control time step are preferably predicted. The model of the periodic, externally excited disturbance preferably has a function superposition of several sine functions, each with different frequencies. The model of the periodic, externally excited disturbance is preferably based on the theory of Fourier transformation, which states that each periodic signal can be generated by a superposition of an infinite number of sine functions, each with different frequencies. The estimate of the disturbance from the disturbance estimator unit can preferably be used in the next control time step in the form of the pre-control correction signal in order to avoid and/or at least reduce a disturbance-related incorrect positioning of the optical element. Thus, the periodic, externally excited disturbance can preferably be compensated for by control technology in accordance with the invention at a particular moment or control time step in which it occurs.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Störgrößenschätzer-Einheit eine Korrektur-Einheit auf, die dazu eingerichtet ist, für jeden „Zustand“ der periodischen, fremderregten Störung und/oder pro Zeitschrift ein Korrektursignal zu der jeweiligen geschätzten Position in Abhängigkeit des Positionsmesssignals zu erzeugen! und das Korrektursignal der Schätzer-Einheit zum Schätzen einer jeweiligen Position in einem nächsten Zustand und/oder in einem nächsten Zeitschrift bereitzustellen. Die Störgrößenschätzer-Einheit ist besonders bevorzugt dazu eingerichtet, das Vorsteuer-Stellkorrektursignals aus der Summe der insbesondere zustandsweise Korrektursignale zu erzeugen. According to one embodiment, the disturbance estimator unit has a correction unit which is designed to generate a correction signal for each "state" of the periodic, externally excited disturbance and/or per magazine for the respective estimated position as a function of the position measurement signal and to provide the correction signal to the estimator unit for estimating a respective position in a next state and/or in a next magazine. The disturbance estimator unit is particularly preferably designed to to generate the pilot control correction signal from the sum of the particular state-wise correction signals.
Durch das Korrektursignal wird vorzugsweise eine Abweichung der geschätzten Position von einer tatsächlichen Position, die in Abhängigkeit des Positionsmesssignals angegeben ist, berücksichtigt. Dadurch, dass das Korrektursignal vorzugsweise pro Zustand und/oder pro Regelzeitschritt für jeweils mindestens zwei Zustände ermittelt wird, wird das Vorsteuer-Stellkorrektursignal vorzugsweise basierend auf diesen zustandsweise ermittelten Korrektursignalen pro Regelzeitschritt erzeugt. Hierzu kann die Korrektur-Einheit vorzugsweise eine weitere Addier-Einheit aufweisen. Es versteht sich, dass eine periodische Störung keine Zustände im eigentlichen Sinne hat. Ein Sinussignal hat beispielsweise keine "Zustände", sondern es handelt sich vorzugsweise um eine harmonische, periodische Schwingung, die durch eine Sinusfunktion beschrieben wird. Ein Sinussignal mit einer bestimmten Frequenz a) kann in einem Zustandsraum vorzugsweise dargestellt werden als The correction signal preferably takes into account a deviation of the estimated position from an actual position, which is specified as a function of the position measurement signal. Because the correction signal is preferably determined per state and/or per control time step for at least two states in each case, the pilot control correction signal is preferably generated based on these correction signals determined per state per control time step. For this purpose, the correction unit can preferably have a further adding unit. It is understood that a periodic disturbance has no states in the true sense. A sinusoidal signal, for example, has no "states", but is preferably a harmonic, periodic oscillation that is described by a sinusoidal function. A sinusoidal signal with a certain frequency a) can preferably be represented in a state space as
[ 0 11 = L-o 2 n 0J - [ 0 11 = L-o 2 n 0J -
Hierbei ist der Zustand x vorzugsweise zweidimensional, da die Lösung der zugehörigen Differentialgleichung zweiter Ordnung ein Sinussignal ist. Dieses Signal wird vorzugsweise über seine Amplitude und seine Phase definiert. Während die Frequenz als Annahme vorausgesetzt wird, wird vorzugsweise über die Zustandsschätzung die Amplitude und Phase bestimmt. Here, the state x is preferably two-dimensional, since the solution of the associated second-order differential equation is a sinusoidal signal. This signal is preferably defined by its amplitude and phase. While the frequency is assumed, the amplitude and phase are preferably determined via the state estimation.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Störgrößenschätzer-Einheit einen linearen Filter und/oder einen nicht-linearen Filter, insbesondere einen Kalman-Filter, auf. According to one embodiment, the disturbance estimation unit comprises a linear filter and/or a non-linear filter, in particular a Kalman filter.
Ein linearer Filter ist vorzugsweise eine Signalverarbeitungseinheit, die eine lineare Transformation auf ein Eingangssignal anwendet, um ein Ausgangssignal zu erzeugen. Ein linearer Filter verwendet eine mathematische Operation, um das Eingangssignal zu modifizieren, wobei die Ausgangsgröße proportional zur Eingangsgröße ist. Linearität bedeutet hier vorzugsweise, dass die Operation des Filters linear auf die Eingangsdaten reagiert, d.h. wenn das Eingangssignal um einen bestimmten Betrag erhöht wird, wird das Ausgangssignal proportional um den gleichen Betrag erhöht. Ein linearer Filter kann verschiedene Arten von Signalen verarbeiten, einschließlich zeitkontinuierlicher oder zeitdiskreter, analoger oder digitaler Signale. Es gibt verschiedene Arten von linearen Filtern, darunter der Tiefpassfilter, Hochpassfilter, Bandpassfilter, Bandsperrfilter und andere. Ein nichtlinearer Filter ist eine Signalverarbeitungseinheit, die vorzugsweise eine nichtlineare Transformation auf ein Eingangssignal anwendet, um ein Ausgangssignal zu erzeugen. Im Gegensatz zu linearen Filtern reagiert ein nichtlinearer Filter vorzugsweise nicht proportional auf Änderungen im Eingangssignal, sondern weist eine nichtlineare Verzerrung auf. Nichtlinearität bedeutet hier, dass das Ausgangssignal des Filters vorzugsweise nicht proportional zur Eingangsgröße ist. Die Ausgangsgröße hängt stattdessen von der Art der nichtlinearen Transformation ab, die auf das Eingangssignal angewendet wird. Dies führt zu komplexeren Ausgangssignalen im Vergleich zu linearen Filtern. Es gibt verschiedene Arten von nichtlinearen Filtern, darunter vorzugsweise der Medianfilter, der Mittelwertfilter, der Adaptivfilter, der nichtlineare Tiefpassfilter und der nichtlineare Hochpassfilter. Jeder Filtertyp hat vorzugsweise eine spezifische Methode, um die nichtlineare Transformation auf das Eingangssignal anzuwenden, wie beispielsweise die Verwendung von statistischen Methoden, neuronalen Netzen oder nichtlinearen Funktionen. Ein Kalman-Filter umfasst vorzugsweise mindestens zwei Filter-Schritte. Im ersten Filter-Schritt, dem Prädiktionsschritt, wird vorzugsweise ein zeitlich nächster Zustand eines optischen Systems bzw. des optischen Elements in Abhängigkeit des FEM-Modells und/oder eines sonstigen Modell des optischen Systems geschätzt und/oder bestimmt. In einem zweiten Schritt, dem Korrekturschritt, wird diese Prädiktion in Abhängigkeit eines (realen) Positionsmesssignals, welches von dem optischen Element verfügbar ist, korrigiert. A linear filter is preferably a signal processing unit that applies a linear transformation to an input signal to produce an output signal to produce. A linear filter uses a mathematical operation to modify the input signal, with the output magnitude being proportional to the input magnitude. Linearity here preferably means that the operation of the filter responds linearly to the input data, that is, if the input signal is increased by a certain amount, the output signal is increased proportionally by the same amount. A linear filter can process various types of signals, including continuous-time or discrete-time, analog or digital signals. There are various types of linear filters, including the low-pass filter, high-pass filter, band-pass filter, band-stop filter, and others. A nonlinear filter is a signal processing unit that preferably applies a nonlinear transformation to an input signal to produce an output signal. Unlike linear filters, a nonlinear filter preferably does not respond proportionally to changes in the input signal, but rather exhibits nonlinear distortion. Nonlinearity here means that the output signal of the filter is preferably not proportional to the input magnitude. Instead, the output variable depends on the type of nonlinear transformation applied to the input signal. This leads to more complex output signals compared to linear filters. There are various types of nonlinear filters, including preferably the median filter, the mean filter, the adaptive filter, the nonlinear low-pass filter and the nonlinear high-pass filter. Each filter type preferably has a specific method for applying the nonlinear transformation to the input signal, such as the use of statistical methods, neural networks or nonlinear functions. A Kalman filter preferably comprises at least two filter steps. In the first filter step, the prediction step, a temporally next state of an optical system or the optical element is preferably estimated and/or determined depending on the FEM model and/or another model of the optical system. In a second step, the correction step, this prediction is made depending on a (real) position measurement signal available from the optical element.
Gemäß einer Ausführungsform weist das optische System eine Störquelle auf, die dazu eingerichtet ist, die periodische, fremderregte Störung zu erzeugen. Die Störquelle weist vorzugsweise einen Wafertisch auf. According to one embodiment, the optical system has an interference source that is designed to generate the periodic, externally excited interference. The interference source preferably has a wafer table.
Grundsätzlich kann es sich um ein Störquelle handeln, die aufgrund ihrer Eigendynamik und/oder Eigenschwingung und/oder Eigenbewegung mindestens eine periodische, fremderregte Störung erzeugt. Die Störung kann verschiedene Frequenzen und/oder Amplituden umfassen, die beispielsweise unterschiedlichen Eigenfrequenzen der Störquelle entsprechen. Die Störung kann vorzugsweise signalseitig als Schwingung mit verschiedenen Frequenzen und/oder Amplituden dargestellt werden. Der Wafertisch, der auch als Wafer-Stage bezeichnet wird, ist ein beweglicher Tisch, auf dem ein Wafer zur Bearbeitung angeordnet und/oder befestigt ist. Der Tisch ist in x-, y und z-Richtung bewegbar und ermöglicht derart eine präzise Positionierung des Wafers relativ zu einem Belichtungssystem eines Steppers und/oder einer Lithograp hieanlage. Der Wafertisch ist vorzugsweise von einem Computer gesteuert, der die genaue Positionierung des Wafers entsprechend den Fertigungsanforderungen zur Wafer -Bearbeitung steuert. Basically, it can be a source of interference that generates at least one periodic, externally excited interference due to its own dynamics and/or natural oscillation and/or natural movement. The interference can comprise different frequencies and/or amplitudes, which correspond, for example, to different natural frequencies of the source of interference. The interference can preferably be represented on the signal side as an oscillation with different frequencies and/or amplitudes. The wafer table, which is also referred to as a wafer stage, is a movable table on which a wafer is arranged and/or fastened for processing. The table can be moved in the x, y and z directions and thus enables precise positioning of the wafer relative to an exposure system of a stepper and/or a lithography system. The wafer table is preferably controlled by a computer, which controls the precise positioning of the wafer in accordance with the production requirements for wafer processing.
Es ist grundsätzlich vorstellbar, dass die periodische, fremderregte Störung zumindest teilweise und/oder näherungsweise und/oder abschnittsweise in Form eines Störgrößen-Messsignals durch eine Störgrößen-Sensor-Einheit erfassbar ist. Das rein optionale Störgrößen-Messsignal kann der Störgrößenschätzer-Einheit bereitgestellt werden. Dies kann beispielsweise von Vorteil sein, um eine Überprüfung der Schätzung zu ermöglichen. Das Störgrößen-Messignal kann vorzugsweise vorgefiltert sein, bevor es der Störgrößenschätzer-Einheit als Eingangssignal zur Verfügung gestellt wird. Dabei können beispielsweise Rauschfrequenzen und/oder sonstige Umgebungsfrequenzen herausgefiltert sein, so dass das Störgrößen-Messignal möglichst genau die periodische, fremderregte Störung beschreibt. Die Störgrößen-Sensor-Einheit umfasst vorzugsweise einen Schwingungssensor. Ein Schwingungssensor ist ein Sensor, der zur Messung von Schwingungen verwendet wird. Schwingungen können durch mechanische, elektrische, akustische oder andere Arten von Energieübertragungssystemen verursacht werden, und Schwingungssensoren können verwendet werden, um solche Schwingungen zu messen und zu analysieren. Es gibt verschiedene Arten von Schwingungssensoren, darunter piezoelektrische Sensoren, kapazitive Sensoren, magnetostriktive Sensoren, Laserinterferometrie-Sensoren und akustische Sensoren. It is fundamentally conceivable that the periodic, externally excited disturbance can be detected at least partially and/or approximately and/or in sections in the form of a disturbance measurement signal by a disturbance sensor unit. The purely optional disturbance measurement signal can be provided to the disturbance estimator unit. This can be advantageous, for example, to enable a check of the estimate. The disturbance measurement signal can preferably be pre-filtered before it is made available to the disturbance estimator unit as an input signal. For example, noise frequencies and/or other ambient frequencies can be filtered out so that the Disturbance measurement signal describes the periodic, externally excited disturbance as accurately as possible. The disturbance sensor unit preferably comprises a vibration sensor. A vibration sensor is a sensor used to measure vibrations. Vibrations can be caused by mechanical, electrical, acoustic or other types of energy transfer systems, and vibration sensors can be used to measure and analyze such vibrations. There are various types of vibration sensors, including piezoelectric sensors, capacitive sensors, magnetostrictive sensors, laser interferometry sensors and acoustic sensors.
Gemäß einer Ausführungsform weist das optische Element einen Spiegel und/oder eine Linse auf. According to one embodiment, the optical element comprises a mirror and/or a lens.
Wie genau eine derartige Linse und/oder ein derartiger Spiegel ausgebildet und/oder geformt ist, ist grundsätzlich beliebig und hängt insbesondere von dem Gesamtaufbau der optischen Vorrichtung ab. Unter einer "Linse" wird vorliegend ein transparentes, insbesondere scheibenförmiges Element verstanden, von dessen zwei Oberflächen wenigstens eine gekrümmt ist. Durchgehendes Licht wird zur Mitte des Lichtbündels abgelenkt (im Falle einer Sammellinse) oder nach außen gestreut (im Fall einer Zerstreuungslinse). Unter einem "Spiegel" wird ein Element mit mindestens einer reflektierenden Oberfläche verstanden, die eine vorbestimmte Rauheit aufweist, so dass reflektiertes Licht nach dem Reflexionsgesetz seine Parallelität beibehält und somit ein Abbild entstehen kann. How exactly such a lens and/or such a mirror is designed and/or shaped is basically arbitrary and depends in particular on the overall structure of the optical device. In this case, a "lens" is understood to mean a transparent, in particular disk-shaped element, of whose two surfaces at least one is curved. Light passing through is deflected towards the center of the light beam (in the case of a converging lens) or scattered outwards (in the case of a diverging lens). A "mirror" is understood to mean an element with at least one reflective surface that has a predetermined roughness so that reflected light retains its parallelism according to the law of reflection and thus an image can be created.
Gemäß einer Ausführungsform weist die periodische, fremderregte Störung eine Schwingungsfrequenz in einem Frequenzbereich von 5 Hz bis 150 Hz, vorzugsweise von weniger als 100 Hz auf. Besonders bevorzugt handelt es sich bei der periodischen, fremderregten Störung um eine niederfrequente Störung, die durch die hohe Massenträgheit der Störquelle bedingt ist. Die Störung kann mehrere Schwingungsfrequenzen aufweisen. Jede der Schwingungsfrequenzen bedingt ihrerseits eine Störung der Position des optischen Elements, wobei eine reale Positionsabweichung von der Soll-Position des optische Elements durch eine Superposition der Schwingungsfrequenzen erwirkt wird. Diese Positionsabweichung wird erfindungsgemäß kompensiert, indem die Störung durch ein entsprechendes Vorsteuer-Stellkorrektursignal ausgeglichen wird. Das Vorsteuer-Stellkorrektursignal berücksichtigt vorzugsweise sämtliche, oder zumindest mehrere in ihrer jeweiligen Amplitude signifikante Schwingungsfrequenzen der Störung. Dadurch kann eine umfassende Kompensation der Störung erreicht werden. Beispielsweise kann die Störung in dem Frequenzbereich von 5 bis 150 Hz mehrere Schwingungsfrequenzen jeweils unterschiedlicher Ausprägung und/oder Amplitude aufweisen. According to one embodiment, the periodic, externally excited disturbance has an oscillation frequency in a frequency range of 5 Hz to 150 Hz, preferably less than 100 Hz. The periodic, externally excited disturbance is particularly preferably a low-frequency disturbance caused by the high mass inertia of the disturbance source. The disturbance can have several oscillation frequencies. Each of the oscillation frequencies in turn causes a disturbance in the position of the optical element, whereby a real position deviation from the target position of the optical element is brought about by a superposition of the oscillation frequencies. This position deviation is compensated according to the invention by compensating for the disturbance using a corresponding pilot control correction signal. The pilot control correction signal preferably takes into account all or at least several oscillation frequencies of the disturbance that are significant in their respective amplitude. This makes it possible to achieve comprehensive compensation of the disturbance. For example, the disturbance can have several oscillation frequencies in the frequency range from 5 to 150 Hz, each with a different severity and/or amplitude.
Gemäß einer Ausführungsform weist das optische System einen Tragrahmen auf, der dazu eingerichtet ist, das optische Element zu halten, und an dem vorzugsweise der Aktor zum Ansteuern des optischen Elements angeordnet ist. Der Tragrahmen ist vorzugsweise dazu eingerichtet, Kräfte aufzunehmen, die während eines Betriebs des optischen Systems, insbesondere aufgrund des Verstellens des optischen Elements relativ zu dem Tragrahmen, auftreten. Besonders bevorzugt wird das optische Element durch den erfin dungs gemäß angesteuerten Aktor relativ zu dem Tragrahmen verstellbar. Durch das Verstellen kann die Positionsabweichung des optischen Elements von einer Soll-Position zu dem Tragrahmen angepasst und/oder korrigiert werden. According to one embodiment, the optical system has a support frame which is designed to hold the optical element and on which the actuator for controlling the optical element is preferably arranged. The support frame is preferably designed to absorb forces which occur during operation of the optical system, in particular due to the adjustment of the optical element relative to the support frame. The optical element is particularly preferably adjustable relative to the support frame by the actuator controlled according to the invention. By adjusting, the position deviation of the optical element from a target position to the support frame can be adjusted and/or corrected.
Gemäß einer Ausführungsform weist das optische System einen Sensorrahmen auf, der dazu eingerichtet ist, die Sensor-Einheit zu halten. Der Sensorrahmen ist besonders bevorzugt durch Dämpfungselemente von dem optionalen Tragrahmen entkoppelt und nimmt während des Betriebs des optischen Systems und/oder einer Lithographieanlage, in der das optische System eingesetzt ist, lediglich die aus dem Halten der Sensor-Einheit resultierenden Kräfte, also praktisch keine Kräfte, auf. According to one embodiment, the optical system has a sensor frame which is designed to hold the sensor unit. The sensor frame is particularly preferably decoupled from the optional support frame by damping elements and takes up and/or a lithography system in which the optical system is used, only the forces resulting from holding the sensor unit, i.e. practically no forces.
Es ist auch eine Lithographieanlage mit einem optischen System nach einer beliebigen vorstehenden Ausführungsform vorgeschlagen. A lithography apparatus with an optical system according to any of the above embodiments is also proposed.
Das optische System ist bevorzugt eine Projektionsoptik der Lithographieanlage bzw. einer Projektionsbelichtungsanlage. Das optische System kann jedoch auch ein Beleuchtungssystem sein. Die Projektionsbelichtungsanlage kann eine EUV- Lithographieanlage sein. EUV steht für "Extreme Ultraviolet" und bezeichnet eine Wellenlänge des Arbeitslichts zwischen 0,1 nm und 30 nm. Die Projektionsbelichtungsanlage kann auch eine DUV-Lithographieanlage sein. DUV steht für "Deep Ultraviolet" und bezeichnet eine Wellenlänge des Arbeitslichts zwischen 30 nm und 250 nm. The optical system is preferably a projection optics of the lithography system or a projection exposure system. However, the optical system can also be an illumination system. The projection exposure system can be an EUV lithography system. EUV stands for "Extreme Ultraviolet" and refers to a wavelength of the working light between 0.1 nm and 30 nm. The projection exposure system can also be a DUV lithography system. DUV stands for "Deep Ultraviolet" and refers to a wavelength of the working light between 30 nm and 250 nm.
Ferner wird ein Verfahren zum Vermindern von schwingungsbasierten Störungen in einem optischen System und/oder einer Lithographieanlage vor geschlagen. Das Verfahren umfasst die Schritte ■ a) Ausgeben eines Positionsmesssignals in Abhängigkeit einer Position eines optischen Elements! b) Erzeugen eines Reglerstellsignals in Abhängigkeit des Positionsmesssignals; c) Schätzen einer periodischen, fremderregten Störung (dk) in einen nächsten Zeitschritt und basierend darauf, Schätzen einer Position des optischen Elements in dem nächsten Zeitschritt in Abhängigkeit des Positionsmesssignals und eines Stellsignals! d) Ausgeben eines Vorsteuer-Stellkorrektursignals in Abhängigkeit der geschätzten Position in dem nächsten Zeitschritt; e) Erzeugen des Stellsignals durch Aufsummieren des Reglerstellsignals und des Vorsteuer-Stellkorrektursignals! und f) Ansteuern des optischen Elements in Abhängigkeit des Stellsignals. Die Gliederung in a), b) usw. schließt nicht aus, dass die Schritte in anderer Reihenfolge ausgeführt werden können. Furthermore, a method for reducing vibration-based disturbances in an optical system and/or a lithography system is proposed. The method comprises the steps of: a) outputting a position measurement signal as a function of a position of an optical element; b) generating a controller control signal as a function of the position measurement signal; c) estimating a periodic, externally excited disturbance (dk) in a next time step and, based thereon, estimating a position of the optical element in the next time step as a function of the position measurement signal and a control signal; d) outputting a pilot control correction signal as a function of the estimated position in the next time step; e) generating the control signal by summing the controller control signal and the pilot control correction signal; and f) controlling the optical element as a function of the control signal. The structure in a), b), etc. does not exclude the possibility that the steps can be carried out in a different order.
Die für das optische System beschriebenen Ausführungsformen und Merkmale gelten für das vorgeschlagene Verfahren entsprechend und umgekehrt. The embodiments and features described for the optical system apply accordingly to the proposed method and vice versa.
"Ein" ist vorliegend nicht zwingend als beschränkend auf genau ein Element zu verstehen. Vielmehr können auch mehrere Elemente, wie beispielsweise zwei, drei oder mehr, vorgesehen sein. Auch jedes andere hier verwendete Zählwort ist nicht dahingehend zu verstehen, dass eine Beschränkung auf genau die genannte Anzahl von Elementen gegeben ist. Vielmehr sind zahlenmäßige Abweichungen nach oben und nach unten möglich, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist. In this case, "one" is not necessarily to be understood as being limited to just one element. Rather, several elements, such as two, three or more, can also be provided. Any other counting word used here is also not to be understood as meaning that there is a limitation to the exact number of elements mentioned. Rather, numerical deviations upwards and downwards are possible, unless otherwise stated.
Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen. Further possible implementations of the invention also include combinations of features or embodiments described above or below with respect to the exemplary embodiments that are not explicitly mentioned. The person skilled in the art will also add individual aspects as improvements or additions to the respective basic form of the invention.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert. Further advantageous embodiments and aspects of the invention are the subject of the subclaims and the embodiments of the invention described below. The invention is explained in more detail below using preferred embodiments with reference to the attached figures.
Fig. 1 zeigt einen schematischen Meridionalschnitt einer Projektionsbelichtungsanlage für die EUV-Projektionslithographie! Fig. 1 shows a schematic meridional section of a projection exposure system for EUV projection lithography!
Fig. 2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen optischen Systems! Fig. 3 zeigt eine Detailansicht eines Ausschnittes aus dem Blockschaltbild derFig. 2 shows a schematic block diagram of an embodiment of an optical system according to the invention! Fig. 3 shows a detailed view of a section of the block diagram of the
Fig. 2; Fig. 2;
Fig. 4 zeigt eine Detailansicht eines Ausschnittes aus dem Blockschaltbild der Fig. 3; Fig. 4 shows a detailed view of a section of the block diagram of Fig. 3;
Fig. 5(a) zeigt eine Verschiebung und/oder einen Versatz in x-Richtung und Fig. 5(b) eine zu dieser Verschiebung gehörende Störung in der x-Richtung! Fig. 5(a) shows a displacement and/or offset in the x-direction and Fig. 5(b) shows a disturbance in the x-direction corresponding to this displacement!
Fig. 5(c) zeigt eine Verschiebung und/oder einen Versatz in y-Richtung und Fig. 5(d) eine zu dieser Verschiebung gehörende Störung in der y-Richtung! Fig. 5(c) shows a displacement and/or offset in the y-direction and Fig. 5(d) a disturbance in the y-direction corresponding to this displacement!
Fig. 5(e) zeigt eine Verschiebung und/oder einen Versatz in z-Richtung und Fig. (£) eine zu dieser Verschiebung gehörende Störung in der z-Richtung! Fig. 5(e) shows a displacement and/or an offset in the z-direction and Fig. (£) a disturbance in the z-direction corresponding to this displacement!
Fig. 6(a) bis 6(c) zeigen Fourier-Transformierte von Positionsfehlersignalen in der x-Richtung (Fig. 6(a)), der y-Richtung (Fig. 6(b)) und der z-Richtung (Fig. 6(c)); Fig. 6(a) to 6(c) show Fourier transforms of position error signals in the x-direction (Fig. 6(a)), the y-direction (Fig. 6(b)) and the z-direction (Fig. 6(c));
Fig. 7 ein Diagramm zu einem Störspektrum einer periodischen, fremderregten Störung! und Fig. 7 a diagram of a disturbance spectrum of a periodic, externally excited disturbance! and
Fig. 8 ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens. Fig. 8 is a flow chart of an embodiment of the method according to the invention.
In den Figuren sind gleiche oder funktions gleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist. Ferner sollte beachtet werden, dass die Darstellungen in den Figuren nicht notwendigerweise maßstabsgerecht sind. Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform einer Projektionsbelichtungsanlage 1 (Litho- graphieanlage), insbesondere einer EUV-Lithographieanlage. Eine Ausführung eines Beleuchtungssystems 2 der Projektionsbelichtungsanlage 1 hat neben einer Licht- bzw. Strahlungsquelle 3 eine Beleuchtungsoptik 4 zur Beleuchtung eines Objektfeldes 5 in einer Objektebene 6. Bei einer alternativen Ausführung kann die Lichtquelle 3 auch als ein zum sonstigen Beleuchtungssystem 2 separates Modul bereitgestellt sein. In diesem Fall umfasst das Beleuchtungs system 2 die Lichtquelle 3 nicht. In the figures, identical or functionally identical elements have been given the same reference symbols, unless otherwise stated. It should also be noted that the representations in the figures are not necessarily to scale. Fig. 1 shows an embodiment of a projection exposure system 1 (lithography system), in particular an EUV lithography system. An embodiment of an illumination system 2 of the projection exposure system 1 has, in addition to a light or radiation source 3, an illumination optics 4 for illuminating an object field 5 in an object plane 6. In an alternative embodiment, the light source 3 can also be provided as a separate module from the rest of the illumination system 2. In this case, the illumination system 2 does not comprise the light source 3.
Belichtet wird ein im Objektfeld 5 angeordnetes Retikel 7. Das Retikel 7 ist von einem Retikelhalter 8 gehalten. Der Retikelhalter 8 ist über einen Retikelverla- gerungsantrieb 9, insbesondere in einer Scanrichtung, verlagerbar. A reticle 7 arranged in the object field 5 is exposed. The reticle 7 is held by a reticle holder 8. The reticle holder 8 can be displaced via a reticle displacement drive 9, in particular in a scanning direction.
In der Fig. 1 ist zur Erläuterung ein kartesisches Koordinatensystem mit einer x- Richtung x, einer y-Richtung y und einer z-Richtung z eingezeichnet. Die x-Rich- tung x verläuft senkrecht in die Zeichenebene hinein. Die y-Richtung y verläuft horizontal und die z-Richtung z verläuft vertikal. Die Scanrichtung verläuft in der Fig. 1 längs der y-Richtung y. Die z-Richtung z verläuft senkrecht zur Objektebene 6. For the purpose of explanation, a Cartesian coordinate system with an x-direction x, a y-direction y and a z-direction z is shown in Fig. 1. The x-direction x runs perpendicularly into the drawing plane. The y-direction y runs horizontally and the z-direction z runs vertically. The scanning direction in Fig. 1 runs along the y-direction y. The z-direction z runs perpendicular to the object plane 6.
Die Projektionsbelichtungsanlage 1 umfasst eine Projektionsoptik 10. Die Projektionsoptik 10 dient zur Abbildung des Objektfeldes 5 in ein Bildfeld 11 in einer Bildebene 12. Die Bildebene 12 verläuft parallel zur Objektebene 6. Alternativ ist auch ein von 0° verschiedener Winkel zwischen der Objektebene 6 und der Bildebene 12 möglich. The projection exposure system 1 comprises a projection optics 10. The projection optics 10 serves to image the object field 5 into an image field 11 in an image plane 12. The image plane 12 runs parallel to the object plane 6. Alternatively, an angle other than 0° between the object plane 6 and the image plane 12 is also possible.
Abgebildet wird eine Struktur auf dem Retikel 7 auf eine lichtempfindlicheA structure on the reticle 7 is imaged onto a light-sensitive
Schicht eines im Bereich des Bildfeldes 11 in der Bildebene 12 angeordnetenLayer of a arranged in the area of the image field 11 in the image plane 12
Wafers 13. Der Wafer 13 wird von einem Wafertisch 14 gehalten. Der Wafertisch 14 ist über einen Waferverlagerungsantrieb 15 insbesondere längs der y-Rich- tung y verlagerbar. Die Verlagerung einerseits des Retikels 7 über den RetikeL Verlagerungsantrieb 9 und andererseits des Wafers 13 über den Waferverlagerungsantrieb 15 kann synchronisiert zueinander erfolgen. wafer 13. The wafer 13 is held by a wafer table 14. The wafer table 14 can be displaced via a wafer displacement drive 15, in particular along the y-direction y. The displacement of the reticle 7 on the one hand via the reticle displacement drive 9 and the wafer 13 on the other hand via the wafer displacement drive 15 can be synchronized with one another.
Bei der Lichtquelle 3 handelt es sich um eine EUV-Strahlungsquelle. Die Lichtquelle 3 emittiert insbesondere EUV- Strahlung 16, welche im Folgenden auch als Nutzstrahlung, Beleuchtungsstrahlung oder Beleuchtungslicht bezeichnet wird. Die Nutzstrahlung 16 hat insbesondere eine Wellenlänge im Bereich zwischen 5 nm und 30 nm. Bei der Lichtquelle 3 kann es sich um eine Plasmaquelle handeln, zum Beispiel um eine LPP-Quelle (EnglJ Laser Produced Plasma, mit Hilfe eines Lasers erzeugtes Plasma) oder um eine DPP-Quelle (EnglJ Gas Discharged Produced Plasma, mittels Gasentladung erzeugtes Plasma). Es kann sich auch um eine synchrotronbasierte Strahlungsquelle handeln. Bei der Lichtquelle 3 kann es sich um einen Freie-Elektronen-Laser (EnglJ Free-Electron-Laser, FEL) handeln. The light source 3 is an EUV radiation source. The light source 3 emits in particular EUV radiation 16, which is also referred to below as useful radiation, illumination radiation or illumination light. The useful radiation 16 has in particular a wavelength in the range between 5 nm and 30 nm. The light source 3 can be a plasma source, for example an LPP source (EnglJ Laser Produced Plasma, plasma generated with the aid of a laser) or a DPP source (EnglJ Gas Discharged Produced Plasma, plasma generated by means of gas discharge). It can also be a synchrotron-based radiation source. The light source 3 can be a free-electron laser (EnglJ Free-Electron-Laser, FEL).
Die Beleuchtungsstrahlung 16, die von der Lichtquelle 3 ausgeht, wird von einem Kollektor 17 gebündelt. Bei dem Kollektor 17 kann es sich um einen Kollektor mit einer oder mit mehreren ellipsoidalen und/oder hyperboloiden Reflexionsflächen handeln. Die mindestens eine Reflexionsfläche des Kollektors 17 kann im streifenden Einfall (EnglJ Grazing Incidence, Gl), also mit Einfallswinkeln größer als 45°, oder im normalen Einfall (EnglJ Normal Incidence, NI), also mit Einfallwinkeln kleiner als 45°, mit der Beleuchtungsstrahlung 16 beaufschlagt werden. Der Kollektor 17 kann einerseits zur Optimierung seiner Reflektivität für die Nutzstrahlung und andererseits zur Unterdrückung von Falschlicht strukturiert und/oder beschichtet sein. The illumination radiation 16 that emanates from the light source 3 is bundled by a collector 17. The collector 17 can be a collector with one or more ellipsoidal and/or hyperboloidal reflection surfaces. The at least one reflection surface of the collector 17 can be exposed to the illumination radiation 16 in grazing incidence (Gl), i.e. with angles of incidence greater than 45°, or in normal incidence (NI), i.e. with angles of incidence less than 45°. The collector 17 can be structured and/or coated on the one hand to optimize its reflectivity for the useful radiation and on the other hand to suppress stray light.
Nach dem Kollektor 17 propagiert die Beleuchtungsstrahlung 16 durch einenAfter the collector 17, the illumination radiation 16 propagates through a
Zwischenfokus in einer Zwischenfokusebene 18. Die Zwischenfokusebene 18 kann eine Trennung zwischen einem Strahlungsquellenmodul, aufweisend dieIntermediate focus in an intermediate focal plane 18. The intermediate focal plane 18 A separation between a radiation source module comprising the
Lichtquelle 3 und den Kollektor 17, und der Beleuchtungsoptik 4 darstellen. light source 3 and the collector 17, and the illumination optics 4.
Die Beleuchtungsoptik 4 umfasst einen Umlenkspiegel 19 und diesem im Strahlengang nachgeordnet einen ersten Facettenspiegel 20. Bei dem Umlenkspiegel 19 kann es sich um einen planen Umlenkspiegel oder alternativ um einen Spiegel mit einer über die reine Umlenkungswirkung hinaus bündelbeeinflussenden Wirkung handeln. Alternativ oder zusätzlich kann der Umlenkspiegel 19 als Spektralfilter ausgeführt sein, der eine Nützlich twellenlänge der Beleuchtungsstrahlung 16 von Falschlicht einer hiervon abweichenden Wellenlänge trennt. Sofern der erste Facettenspiegel 20 in einer Ebene der Beleuchtungsoptik 4 angeordnet ist, die zur Objektebene 6 als Feldebene optisch konjugiert ist, wird dieser auch als Feldfacettenspiegel bezeichnet. Der erste Facettenspiegel 20 umfasst eine Vielzahl von einzelnen ersten Facetten 21, welche auch als Feldfacetten bezeichnet werden können. Von diesen ersten Facetten 21 sind in der Fig. 1 nur beispielhaft einige dargestellt. The illumination optics 4 comprise a deflection mirror 19 and a first facet mirror 20 arranged downstream of this in the beam path. The deflection mirror 19 can be a flat deflection mirror or alternatively a mirror with an effect that influences the bundle beyond the pure deflection effect. Alternatively or additionally, the deflection mirror 19 can be designed as a spectral filter that separates a useful wavelength of the illumination radiation 16 from false light of a different wavelength. If the first facet mirror 20 is arranged in a plane of the illumination optics 4 that is optically conjugated to the object plane 6 as a field plane, it is also referred to as a field facet mirror. The first facet mirror 20 comprises a plurality of individual first facets 21, which can also be referred to as field facets. Only a few of these first facets 21 are shown in Fig. 1 as examples.
Die ersten Facetten 21 können als makroskopische Facetten ausgeführt sein, insbesondere als rechteckige Facetten oder als Facetten mit bogenförmiger oder teil- kreisförmiger Randkontur. Die ersten Facetten 21 können als plane Facetten oder alternativ als konvex oder konkav gekrümmte Facetten ausgeführt sein. The first facets 21 can be designed as macroscopic facets, in particular as rectangular facets or as facets with an arcuate or partially circular edge contour. The first facets 21 can be designed as flat facets or alternatively as convex or concave curved facets.
Wie beispielsweise aus der DE 10 2008 009 600 Al bekannt ist, können die ersten Facetten 21 selbst jeweils auch aus einer Vielzahl von Einzelspiegeln, insbesondere einer Vielzahl von Mikrospiegeln, zusammengesetzt sein. Der erste Facettenspiegel 20 kann insbesondere als mikroelektromechanisches System (MEMS'System) ausgebildet sein. Für Details wird auf die DE 10 2008 009 600 Al verwiesen. Zwischen dem Kollektor 17 und dem Umlenkspiegel 19 verläuft die Beleuchtungsstrahlung 16 horizontal, also längs der y-Richtung y. As is known, for example, from DE 10 2008 009 600 Al, the first facets 21 themselves can also be composed of a plurality of individual mirrors, in particular a plurality of micromirrors. The first facet mirror 20 can in particular be designed as a microelectromechanical system (MEMS system). For details, reference is made to DE 10 2008 009 600 Al. Between the collector 17 and the deflection mirror 19, the illumination radiation 16 runs horizontally, i.e. along the y-direction y.
Im Strahlengang der Beleuchtungsoptik 4 ist dem ersten Facettenspiegel 20 nachgeordnet ein zweiter Facettenspiegel 22. Sofern der zweite Facettenspiegel 22 in einer Pupillenebene der Beleuchtungsoptik 4 angeordnet ist, wird dieser auch als Pupillenfacettenspiegel bezeichnet. Der zweite Facettenspiegel 22 kann auch beabstandet zu einer Pupillenebene der Beleuchtungsoptik 4 angeordnet sein. In diesem Fall wird die Kombination aus dem ersten Facettenspiegel 20 und dem zweiten Facettenspiegel 22 auch als spekularer Reflektor bezeichnet. Spekulare Reflektoren sind bekannt aus der US 2006/0132747 Al, der EP 1 614 008 Bl und der US 6,573,978. In the beam path of the illumination optics 4, a second facet mirror 22 is arranged downstream of the first facet mirror 20. If the second facet mirror 22 is arranged in a pupil plane of the illumination optics 4, it is also referred to as a pupil facet mirror. The second facet mirror 22 can also be arranged at a distance from a pupil plane of the illumination optics 4. In this case, the combination of the first facet mirror 20 and the second facet mirror 22 is also referred to as a specular reflector. Specular reflectors are known from US 2006/0132747 A1, EP 1 614 008 B1 and US 6,573,978.
Der zweite Facettenspiegel 22 umfasst eine Mehrzahl von zweiten Facetten 23. Die zweiten Facetten 23 werden im Falle eines Pupillenfacettenspiegels auch als Pupillenfacetten bezeichnet. The second facet mirror 22 comprises a plurality of second facets 23. In the case of a pupil facet mirror, the second facets 23 are also referred to as pupil facets.
Bei den zweiten Facetten 23 kann es sich ebenfalls um makroskopische Facetten, die beispielsweise rund, rechteckig oder auch hexagonal berandet sein können, oder alternativ um aus Mikrospiegeln zusammengesetzte Facetten handeln. Diesbezüglich wird ebenfalls auf die DE 10 2008 009 600 Al verwiesen. The second facets 23 can also be macroscopic facets, which can be round, rectangular or hexagonal, for example, or alternatively facets composed of micromirrors. In this regard, reference is also made to DE 10 2008 009 600 A1.
Die zweiten Facetten 23 können plane oder alternativ konvex oder konkav gekrümmte Reflexionsflächen aufweisen. The second facets 23 can have planar or alternatively convex or concave curved reflection surfaces.
Die Beleuchtungsoptik 4 bildet somit ein doppelt facettiertes System. Dieses grundlegende Prinzip wird auch als Wabenkondensor (EnglJ Fly's Eye Integrator) bezeichnet. Es kann vorteilhaft sein, den zweiten Facettenspiegel 22 nicht exakt in einer Ebene, welche zu einer Pupillenebene der Projektionsoptik 10 optisch konjugiert ist, anzuordnen. Insbesondere kann der zweite Facettenspiegel 22 gegenüber einer Pupillenebene der Projektionsoptik 10 verkippt angeordnet sein, wie es zum Beispiel in der DE 10 2017 220 586 Al beschrieben ist. The illumination optics 4 thus form a double faceted system. This basic principle is also known as a honeycomb condenser (EnglJ Fly's Eye Integrator). It may be advantageous not to arrange the second facet mirror 22 exactly in a plane that is optically conjugated to a pupil plane of the projection optics 10. In particular, the second facet mirror 22 can be arranged tilted relative to a pupil plane of the projection optics 10, as described, for example, in DE 10 2017 220 586 A1.
Mit Hilfe des zweiten Facettenspiegels 22 werden die einzelnen ersten Facetten 21 in das Objektfeld 5 abgebildet. Der zweite Facettenspiegel 22 ist der letzte bündelformende oder auch tatsächlich der letzte Spiegel für die Beleuchtungsstrahlung 16 im Strahlengang vor dem Objektfeld 5. With the help of the second facet mirror 22, the individual first facets 21 are imaged in the object field 5. The second facet mirror 22 is the last bundle-forming or actually the last mirror for the illumination radiation 16 in the beam path in front of the object field 5.
Bei einer weiteren, nicht dargestellten Ausführung der Beleuchtungsoptik 4 kann im Strahlengang zwischen dem zweiten Facettenspiegel 22 und dem Objektfeld 5 eine Übertragungsoptik angeordnet sein, die insbesondere zur Abbildung der ersten Facetten 21 in das Objektfeld 5 beiträgt. Die Übertragungsoptik kann genau einen Spiegel, alternativ aber auch zwei oder mehr Spiegel aufweisen, welche hintereinander im Strahlengang der Beleuchtungsoptik 4 angeordnet sind. Die Übertragungsoptik kann insbesondere einen oder zwei Spiegel für senkrechten Einfall (Ni-Spiegel, Normal Incidence Spiegel) und/oder einen oder zwei Spiegel für streifenden Einfall (GFSpiegel, Grazing Incidence Spiegel) umfassen. In a further embodiment of the illumination optics 4 (not shown), a transmission optics can be arranged in the beam path between the second facet mirror 22 and the object field 5, which contributes in particular to the imaging of the first facets 21 in the object field 5. The transmission optics can have exactly one mirror, but alternatively also two or more mirrors, which are arranged one behind the other in the beam path of the illumination optics 4. The transmission optics can in particular comprise one or two mirrors for vertical incidence (Ni mirrors, normal incidence mirrors) and/or one or two mirrors for grazing incidence (GF mirrors, grazing incidence mirrors).
Die Beleuchtungsoptik 4 hat bei der Ausführung, die in der Fig. 1 gezeigt ist, nach dem Kollektor 17 genau drei Spiegel, nämlich den Umlenkspiegel 19, den ersten Facettenspiegel 20 und den zweiten Facettenspiegel 22. In the embodiment shown in Fig. 1, the illumination optics 4 has exactly three mirrors after the collector 17, namely the deflection mirror 19, the first facet mirror 20 and the second facet mirror 22.
Bei einer weiteren Ausführung der Beleuchtungsoptik 4 kann der Umlenkspiegel 19 auch entfallen, so dass die Beleuchtungsoptik 4 nach dem Kollektor 17 dann genau zwei Spiegel aufweisen kann, nämlich den ersten F acettenspiegel 20 und den zweiten Facettenspiegel 22. Die Abbildung der ersten Facetten 21 mittels der zweiten Facetten 23 bzw. mit den zweiten Facetten 23 und einer Übertragungsoptik in die Objektebene 6 ist regelmäßig nur eine näherungsweise Abbildung. In a further embodiment of the illumination optics 4, the deflection mirror 19 can also be omitted, so that the illumination optics 4 can then have exactly two mirrors after the collector 17, namely the first facet mirror 20 and the second facet mirror 22. The imaging of the first facets 21 by means of the second facets 23 or with the second facets 23 and a transmission optics into the object plane 6 is usually only an approximate imaging.
Die Projektionsoptik 10 umfasst eine Mehrzahl von Spiegeln Mi, welche gemäß ihrer Anordnung im Strahlengang der Projektionsbelichtungsanlage 1 durchnummeriert sind. The projection optics 10 comprises a plurality of mirrors Mi, which are numbered according to their arrangement in the beam path of the projection exposure system 1.
Bei dem in der Fig. 1 dargestellten Beispiel umfasst die Projektionsoptik 10 sechs Spiegel Ml bis M6. Bei dem der Spiegel Ml bis M6 handelt es sich um ein optisches Element NI bis N6. Alternativen mit vier, acht, zehn, zwölf oder einer anderen Anzahl an Spiegeln Mi sind ebenso möglich. Bei der Projektionsoptik 10 handelt es sich um eine doppelt obskurierte Optik. Der vorletzte Spiegel M5 und der letzte Spiegel M6 haben jeweils eine Durchtrittsöffnung für die Beleuchtungsstrahlung 16. Die Projektionsoptik 10 hat eine bildseitige numerische Apertur, die größer ist als 0,5 und die auch größer sein kann als 0,6 und die beispielsweise 0,7 oder 0,75 betragen kann. In the example shown in Fig. 1, the projection optics 10 comprises six mirrors M1 to M6. The mirrors M1 to M6 are one optical element NI to N6. Alternatives with four, eight, ten, twelve or another number of mirrors Mi are also possible. The projection optics 10 are doubly obscured optics. The penultimate mirror M5 and the last mirror M6 each have a passage opening for the illumination radiation 16. The projection optics 10 have a numerical aperture on the image side that is greater than 0.5 and can also be greater than 0.6 and can be, for example, 0.7 or 0.75.
Reflexionsflächen der Spiegel Mi können als Freiformflächen ohne Rotationssymmetrieachse ausgeführt sein. Alternativ können die Reflexionsflächen der Spiegel Mi als asphärische Flächen mit genau einer Rotationssymmetrieachse der Reflexionsflächenform gestaltet sein. Die Spiegel Mi können, genauso wie die Spiegel der Beleuchtungsoptik 4, hochreflektierende Beschichtungen für die Beleuchtungsstrahlung 16 aufweisen. Diese Beschichtungen können als Multilayer-Be- Schichtungen, insbesondere mit alternierenden Lagen aus Molybdän und Silizium, gestaltet sein. Reflection surfaces of the mirrors Mi can be designed as free-form surfaces without a rotational symmetry axis. Alternatively, the reflection surfaces of the mirrors Mi can be designed as aspherical surfaces with exactly one rotational symmetry axis of the reflection surface shape. The mirrors Mi, just like the mirrors of the illumination optics 4, can have highly reflective coatings for the illumination radiation 16. These coatings can be designed as multilayer coatings, in particular with alternating layers of molybdenum and silicon.
Die Projektionsoptik 10 hat einen großen Objekt-Bildversatz in der y-Richtung y zwischen einer y-Koordinate eines Zentrums des Objektfeldes 5 und einer y-Koor- dinate des Zentrums des Bildfeldes 11. Dieser Objekt-Bild-Versatz in der y Richtung y kann in etwa so groß sein wie ein z-Abstand zwischen der Objektebene 6 und der Bildebene 12. The projection optics 10 has a large object-image offset in the y-direction y between a y-coordinate of a center of the object field 5 and a y-coordinate of the center of the image field 11. This object-image offset in the y The y direction can be approximately as large as the z distance between the object plane 6 and the image plane 12.
Die Projektionsoptik 10 kann insbesondere anamorphotisch ausgebildet sein. Sie weist insbesondere unterschiedliche Abbildungsmaßstäbe ßx, ßy in x- und y-Rich- tung x, y auf. Die beiden Abbildungsmaßstäbe ßx, ßy der Projektionsoptik 10 liegen bevorzugt bei (ßx, ßy) = (+/- 0,25, +/- 0,125). Ein positiver Abbildungsmaßstab ß bedeutet eine Abbildung ohne Bildumkehr. Ein negatives Vorzeichen für den Abbildungsmaßstab ß bedeutet eine Abbildung mit Bildumkehr. The projection optics 10 can in particular be anamorphic. In particular, it has different image scales ßx, ßy in the x and y directions x, y. The two image scales ßx, ßy of the projection optics 10 are preferably (ßx, ßy) = (+/- 0.25, +/- 0.125). A positive image scale ß means an image without image inversion. A negative sign for the image scale ß means an image with image inversion.
Die Projektionsoptik 10 führt somit in x-Richtung x, das heißt in Richtung senkrecht zur Scanrichtung, zu einer Verkleinerung im Verhältnis 44. The projection optics 10 thus leads to a reduction in the ratio 44 in the x-direction x, i.e. in the direction perpendicular to the scanning direction.
Die Projektionsoptik 10 führt in y-Richtung y, das heißt in Scanrichtung, zu einer Verkleinerung von 84. The projection optics 10 leads to a reduction of 84 in the y-direction y, i.e. in the scanning direction.
Andere Abbildungsmaßstäbe sind ebenso möglich. Auch vorzeichengleiche und absolut gleiche Abbildungsmaßstäbe in x- und y-Richtung x, y, zum Beispiel mit Absolutwerten von 0,125 oder von 0,25, sind möglich. Other image scales are also possible. Image scales with the same sign and absolutely the same in the x and y directions x, y, for example with absolute values of 0.125 or 0.25, are also possible.
Die Anzahl von Zwischenbildebenen in der x- und in der y-Richtung x, y im Strahlengang zwischen dem Objektfeld 5 und dem Bildfeld 11 kann gleich sein oder kann, je nach Ausführung der Projektionsoptik 10, unterschiedlich sein. Beispiele für Projektionsoptiken mit unterschiedlichen Anzahlen derartiger Zwischenbilder in x- und y-Richtung x, y sind bekannt aus der US 2018/0074303 Al. The number of intermediate image planes in the x and y directions x, y in the beam path between the object field 5 and the image field 11 can be the same or can be different depending on the design of the projection optics 10. Examples of projection optics with different numbers of such intermediate images in the x and y directions x, y are known from US 2018/0074303 Al.
Jeweils eine der zweiten Facetten 23 ist genau einer der ersten Facetten 21 zur Ausbildung jeweils eines Beleuchtungskanals zur Ausleuchtung des Objektfeldes 5 zugeordnet. Es kann sich hierdurch insbesondere eine Beleuchtung nach dem Köhlerschen Prinzip ergeben. Das Fernfeld wird mit Hilfe der ersten Facetten 21 in eine Vielzahl an Objektfeldern 5 zerlegt. Die ersten Facetten 21 erzeugen eine Mehrzahl von Bildern des Zwischenfokus auf den diesen jeweils zugeordneten zweiten Facetten 23. Each of the second facets 23 is assigned to exactly one of the first facets 21 to form an illumination channel for illuminating the object field 5. This can result in particular in illumination according to the Köhler principle. The far field is formed using the first facets 21 into a plurality of object fields 5. The first facets 21 generate a plurality of images of the intermediate focus on the second facets 23 assigned to them.
Die ersten Facetten 21 werden jeweils von einer zugeordneten zweiten Facette 23 einander überlagernd zur Ausleuchtung des Objektfeldes 5 auf das Retikel 7 abgebildet. Die Ausleuchtung des Objektfeldes 5 ist insbesondere möglichst homogen. Sie weist vorzugsweise einen Uniformitätsfehler von weniger als 2 % auf. Die Felduniformität kann über die Überlagerung unterschiedlicher Beleuchtungskanäle erreicht werden. The first facets 21 are each imaged onto the reticle 7 by an associated second facet 23, superimposing one another, to illuminate the object field 5. The illumination of the object field 5 is in particular as homogeneous as possible. It preferably has a uniformity error of less than 2%. The field uniformity can be achieved by superimposing different illumination channels.
Durch eine Anordnung der zweiten Facetten 23 kann geometrisch die Ausleuchtung der Eintrittspupille der Projektionsoptik 10 definiert werden. Durch Auswahl der Beleuchtungskanäle, insbesondere der Teilmenge der zweiten F acetten 23, die Licht führen, kann die Intensitätsverteilung in der Eintrittspupille der Projektionsoptik 10 eingestellt werden. Diese Intensitätsverteilung wird auch als Beleuchtungssetting oder Beleuchtungspupillenfüllung bezeichnet. By arranging the second facets 23, the illumination of the entrance pupil of the projection optics 10 can be defined geometrically. By selecting the illumination channels, in particular the subset of the second facets 23 that guide light, the intensity distribution in the entrance pupil of the projection optics 10 can be set. This intensity distribution is also referred to as the illumination setting or illumination pupil filling.
Eine ebenfalls bevorzugte Pupillenuniformität im Bereich definiert ausgeleuchteter Abschnitte einer Beleuchtungspupille der Beleuchtungsoptik 4 kann durch eine Umverteilung der Beleuchtungskanäle erreicht werden. A likewise preferred pupil uniformity in the area of defined illuminated sections of an illumination pupil of the illumination optics 4 can be achieved by a redistribution of the illumination channels.
Im Folgenden werden weitere Aspekte und Details der Ausleuchtung des Objektfeldes 5 sowie insbesondere der Eintrittspupille der Projektionsoptik 10 beschrieben. In the following, further aspects and details of the illumination of the object field 5 and in particular of the entrance pupil of the projection optics 10 are described.
Die Projektionsoptik 10 kann insbesondere eine homozentrische Eintrittspupille aufweisen. Diese kann zugänglich sein. Sie kann auch unzugänglich sein. Die Eintrittspupille der Projektionsoptik 10 lässt sich regelmäßig mit dem zweiten Facettenspiegel 22 nicht exakt ausleuchten. Bei einer Abbildung der Projektionsoptik 10, welche das Zentrum des zweiten Facettenspiegels 22 telezentrisch auf den Wafer 13 abbildet, schneiden sich die Aperturstrahlen oftmals nicht in einem einzigen Punkt. Es lässt sich jedoch eine Fläche finden, in welcher der paarweise bestimmte Abstand der Aperturstrahlen minimal wird. Diese Fläche stellt die Eintrittspupille oder eine zu ihr konjugierte Fläche im Ortsraum dar. Insbesondere zeigt diese Fläche eine endliche Krümmung. The projection optics 10 can in particular have a homocentric entrance pupil. This can be accessible. It can also be inaccessible. The entrance pupil of the projection optics 10 cannot usually be illuminated precisely with the second facet mirror 22. When the projection optics 10 images the center of the second facet mirror 22 telecentrically onto the wafer 13, the aperture rays often do not intersect at a single point. However, a surface can be found in which the pairwise determined distance of the aperture rays is minimal. This surface represents the entrance pupil or a surface conjugated to it in spatial space. In particular, this surface shows a finite curvature.
Es kann sein, dass die Projektionsoptik 10 unterschiedliche Lagen der Eintrittspupille für den tangentialen und für den sagittalen Strahlengang aufweist. In diesem Fall sollte ein abbildendes Element, insbesondere ein optisches Bauelement der Übertragungsoptik, zwischen dem zweiten Facettenspiegel 22 und dem Retikel 7 bereitgestellt werden. Mit Hilfe dieses optischen Elements kann die unterschiedliche Lage der tangentialen Eintrittspupille und der sagittalen Eintrittspupille berücksichtigt werden. It is possible that the projection optics 10 have different positions of the entrance pupil for the tangential and the sagittal beam path. In this case, an imaging element, in particular an optical component of the transmission optics, should be provided between the second facet mirror 22 and the reticle 7. With the help of this optical element, the different positions of the tangential entrance pupil and the sagittal entrance pupil can be taken into account.
Bei der in der Fig. 1 dargestellten Anordnung der Komponenten der Beleuchtungsoptik 4 ist der zweite Facettenspiegel 22 in einer zur Eintrittspupille der Projektionsoptik 10 konjugierten Fläche angeordnet. Der erste Facettenspiegel 20 ist verkippt zur Objektebene 6 angeordnet. Der erste Facettenspiegel 20 ist verkippt zu einer Anordnungsebene angeordnet, die vom Umlenkspiegel 19 definiert ist. Der erste Facettenspiegel 20 ist verkippt zu einer Anordnungsebene angeordnet, die vom zweiten Facettenspiegel 22 definiert ist. In the arrangement of the components of the illumination optics 4 shown in Fig. 1, the second facet mirror 22 is arranged in a surface conjugated to the entrance pupil of the projection optics 10. The first facet mirror 20 is arranged tilted to the object plane 6. The first facet mirror 20 is arranged tilted to an arrangement plane that is defined by the deflection mirror 19. The first facet mirror 20 is arranged tilted to an arrangement plane that is defined by the second facet mirror 22.
Fig. 2 zeigt ein optisches System 200 gemäß einer ersten Ausführungsform, das beispielsweise als die Projektionsoptik 10 ausgebildet sein kann. Bezüglich Fig. 1 ist nur ein Teil der Projektionsoptik 10 dargestellt. Genauer gesagt ist nur das optischen Element N5 bzw. der Spiegel M5 gezeigt. Die nachstehend gemachten Ausführungen gelten selbstredend auch für die restlichen optischen Elemente Ni. Das optische System 200 kann beispielweise auch in einer DUV- Lithographieanlage eingesetzt werden. Fig. 2 shows an optical system 200 according to a first embodiment, which can be designed, for example, as the projection optics 10. With respect to Fig. 1, only a part of the projection optics 10 is shown. More precisely, only the optical element N5 or the mirror M5 is shown. The statements made below naturally also apply to the remaining optical elements Ni. The optical system 200 can also be used, for example, in a DUV lithography system.
Das optische System 200 weist eine Sensor-Einheit 202 auf. Die Sensor-Einheit 202 ist dazu eingerichtet, in Abhängigkeit einer Position des optischen Elements N5 ein Positionsmesssignal yk (entsprechend der Ist-Position des optischen Elements N5 im jeweils aktuellen Zeitschrift) auszugeben. Die Sensor-Einheit 202 kann vorzugsweise einen Positionsmesssensor 204 aufweisen. Bei dem Positionsmesssensor 204 kann es sich um einen Encoder, insbesondere optischen Encoder, und/oder ein Interferometer und/oder ein Potentiometer und/oder um einen Hall- Sensor und/oder um einen Laser-Distanzsensor handeln. Die Sensor-Einheit 202 kann an einem Sensorrahmen 214 des optischen Systems 200 bzw. der Lithographieanlage 1 befestigt sein. The optical system 200 has a sensor unit 202. The sensor unit 202 is designed to output a position measurement signal yk (corresponding to the actual position of the optical element N5 in the current magazine) depending on a position of the optical element N5. The sensor unit 202 can preferably have a position measurement sensor 204. The position measurement sensor 204 can be an encoder, in particular an optical encoder, and/or an interferometer and/or a potentiometer and/or a Hall sensor and/or a laser distance sensor. The sensor unit 202 can be attached to a sensor frame 214 of the optical system 200 or the lithography system 1.
Das optische System 200 umfasst einen Regler 206, der ausgebildet ist, in Abhängigkeit eines Stellsignals U einen Aktor 208 zu regeln, der dazu eingerichtet ist, das optische Element N5 in Abhängigkeit des Stellsignals uk anzusteuern, um dessen Position bezüglich einer Soll-Position Ps zu korrigieren. Die Soll-Position Ps des optischen Elements N5 ist in gestrichelten Linien angezeigt. Der Aktor 208 kann beispielsweise als Lorenz -Aktuator ausgebildet sein. Der Aktor 208 stützt sich bevorzugt an einem Tragrahmen 216 des optischen Systems 200 bzw. der Lithographieanlage 1 ab. Der Tragrahmen 216 und der Sensorrahmen 214 sind voneinander schwingungstechnisch entkoppelt vorgesehen. Der Regler 206 kann mindestens einen Prozessor zur Ausführung von Programmcode und/oder zur Ausführung mindestens eines Algorithmus und/oder eine Speichereinrichtung zur flüchtigen und/oder nicht flüchtigen (Zwischen-) Speicherung von Daten und/oder einen Arbeitsspeicher umfassen. The optical system 200 comprises a controller 206, which is designed to control an actuator 208 as a function of a control signal U, which actuator is set up to control the optical element N5 as a function of the control signal uk in order to correct its position with respect to a target position Ps. The target position Ps of the optical element N5 is shown in dashed lines. The actuator 208 can be designed as a Lorenz actuator, for example. The actuator 208 is preferably supported on a support frame 216 of the optical system 200 or the lithography system 1. The support frame 216 and the sensor frame 214 are provided so as to be decoupled from one another in terms of vibration technology. The controller 206 can comprise at least one processor for executing program code and/or for executing at least one algorithm and/or a storage device for volatile and/or non-volatile (intermediate) storage of data and/or a working memory.
Die Positionsabweichung des optischen Elements N5 von der Soll-Position Ps kann grundsätzlich verschiedene Ursachen haben. Eine dieser Ursachen kann beispielsweise eine periodische, fremderregte Störung dk sein, die durch eine Massenträgheit einer sich bewegenden Störquelle 210 des optischen Systems 200 hervorgerufen wird. Die durch die Störquelle 210 erzeugte Störung dkkann sich nämlich über die Luft und/oder über den Boden auf sämtliche Komponenten, wie zum Beispiel das optische Element N5, des optischen Systems 200 übertragen und diese beispielsweise zur Schwingung in mindestens einer Schwingungsfrequenz anregen. Durch die fremderregte Schwingung wird die Positionsabweichung des optischen Elements N5 von der Soll-Position Ps hervor gerufen. The position deviation of the optical element N5 from the target position Ps can have different causes. One of these causes can be for example, a periodic, externally excited disturbance dk, which is caused by a mass inertia of a moving disturbance source 210 of the optical system 200. The disturbance dk generated by the disturbance source 210 can be transmitted via the air and/or the ground to all components, such as the optical element N5, of the optical system 200 and can, for example, excite them to oscillate at at least one oscillation frequency. The externally excited oscillation causes the position deviation of the optical element N5 from the target position Ps.
Die Störquelle 210 kann beispielsweise der Wafertisch 14 sein. Der Wafertisch 14 kann von dem Tragrahmen 216 und/oder dem Sensorrahmen 214 schwingungstechnisch entkoppelt vorgesehen sein, beispielsweise mittels entsprechender Dämpfer. Durch die Verlagerung des Wafertisches entlang mindestens einer Bewegungsachse mittels des Waferverlagerungsantriebes 15 werden Beschleunigungsmomente erzeugt, die den Wafertisch 14 zur Schwingung mit mindestens einer Schwingungsfrequenz anregen. Hierdurch wird die Störung dk erzeugt. Da die Entkopplung zwischen dem Wafertisch 14 und dem Tragrahmen 216 bzw. Sensorrahmen 214 unvollkommen ist, wird die Störung dk teilweise durchgeleitet. Die Störung dk kann Schwingungsfrequenzen mit Ausdehnungsrichtungen in mehreren Raumrichtungen aufweisen. Die Schwingungsfrequenzen können longitudinale und/oder transversale Schwingungsmuster aufweisen. The source of interference 210 can be, for example, the wafer table 14. The wafer table 14 can be provided in a vibrationally decoupled manner from the support frame 216 and/or the sensor frame 214, for example by means of appropriate dampers. By displacing the wafer table along at least one axis of movement by means of the wafer displacement drive 15, acceleration moments are generated that excite the wafer table 14 to vibrate at at least one vibration frequency. This generates the interference dk. Since the decoupling between the wafer table 14 and the support frame 216 or sensor frame 214 is incomplete, the interference dk is partially passed through. The interference dk can have vibration frequencies with directions of extension in several spatial directions. The vibration frequencies can have longitudinal and/or transverse vibration patterns.
Die periodische, fremderregte Störung dk kann optional durch eine Störgrößen- Sensor-Einheit 212 des optischen Systems 200 zumindest teilweise erfasst werden. Die rein optionale Störgrößen-Sensor-Einheit 212 ist dazu eingerichtet, die periodische, fremderregte Störung dk in Form eines Störgrößen-Messignals zu erfassen, und das Störgrößen-Messignal dem Regler 206 bereitzustellen. The periodic, externally excited disturbance dk can optionally be at least partially detected by a disturbance sensor unit 212 of the optical system 200. The purely optional disturbance sensor unit 212 is designed to detect the periodic, externally excited disturbance dk in the form of a disturbance measurement signal and to provide the disturbance measurement signal to the controller 206.
Fig. 3 zeigt eine Detailansicht zu dem Blockschaltbild der Fig. 2, wobei der ReglerFig. 3 shows a detailed view of the block diagram of Fig. 2, where the controller
206 in detaillierter Form gezeigt ist. Der Regler 206 weist eine Regler-Einheit 300 auf, die dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit des Positionsmesssignals yk ein Reglerstellsignal uc,k zu erzeugen. Ferner weist der Regler 206 eine Störgrößenschätzer-Einheit 302 auf, die dazu eingerichtet ist, die periodische, fremderregte Störung dk für einen nächsten Zeitschrift (der auf den oben genannten, jeweils aktuellen Zeitschrift folgt) zu schätzen, und basierend darauf eine Position des optischen Elements N5 in dem nächsten Zeitschrift in Abhängigkeit des Positionsmesssignals yk und des Stellsignals uk zu schätzen und in Abhängigkeit der für den nächsten Zeitschrift geschätzten Position ein Vorsteuer-Stellkorrektursignal ud,k auszugeben. Zudem weist der Regler 206 eine Addier -Einheit 304 auf, welche dazu eingerichtet ist, das Stellsignals uk durch Aufsummieren des Reglerstellsignals uc,k und des Vorsteuer-Stellkorrektursignals u .k zu erzeugen. Das Stellsignal uk geht als Vorsteuersignal in die Störgrößenschätzer-Einheit 302 ein. Die Störgrößenschätzer-Einheit 302 kann einen linieren Filter und/oder einen nicht-linearen Filter aufweisen. Besonders bevorzugt weist die Störgrößenschätzer-Einheit 302 einen Kalman-Filter auf, wie er in detaillierter Form in Fig. 4 gezeigt ist. Ein Kalman-Filter ist vorzugsweise ein Schätzer, der nicht messbare Zustände eines Systems beobachtet und das Messrauschen für messbare Zustände reduziert. Zur Implementierung wird das System mit einer Abtastrate bzw. Zeitschritt-Rate von beispielsweise 2kHz zeitlich diskretisiert. 206 is shown in more detail. The controller 206 comprises a controller unit 300 which is designed to generate a controller actuating signal u c ,k as a function of the position measurement signal yk. The controller 206 also has a disturbance estimator unit 302 which is designed to estimate the periodic, externally excited disturbance dk for a next period (which follows the above-mentioned, current period) and, based thereon, to estimate a position of the optical element N5 in the next period as a function of the position measurement signal yk and the actuating signal uk and to output a pilot control actuating correction signal ud,k as a function of the position estimated for the next period. The controller 206 also has an adding unit 304 which is designed to generate the actuating signal uk by summing the controller actuating signal u c ,k and the pilot control actuating correction signal u .k. The actuating signal uk is input to the disturbance estimator unit 302 as a pilot control signal. The disturbance estimator unit 302 can have a linear filter and/or a non-linear filter. Particularly preferably, the disturbance estimator unit 302 has a Kalman filter, as shown in detail in Fig. 4. A Kalman filter is preferably an estimator that observes non-measurable states of a system and reduces the measurement noise for measurable states. For implementation, the system is temporally discretized with a sampling rate or time step rate of, for example, 2 kHz.
Fig. 4 zeigt eine Detailansicht zu dem Blockschaltbild der Fig. 3, wobei die Störgrößenschätzer-Einheit 302 in detaillierter Form gezeigt ist. Die Störgrößenschätzer-Einheit 302 weist eine Schätzer-Einheit 400 auf, die dazu eingerichtet ist, ein Finite-Elemente-Modell des optischen Elements N5 und/oder ein Modell der periodischen, fremderregten Störung dk auszuführen, um für jeden Zustand der periodischen, fremderregten Störung dk und/oder pro Zeitschrift eine jeweilige Position des optischen Elements N5 relativ zu der Soll-Position Ps in Abhängigkeit des Stellsignals uk zu schätzen. Das Finite-Elemente-Modell des optischen Elements N5 und/oder das Modell der periodischen, fremderregten Störung dk ist vorzugsweise auf der Schätzer-Einheit 400 in Form von Programmcode und/oder in Form eines Algorithmus implementiert und dadurch ausführbar. Fig. 4 shows a detailed view of the block diagram of Fig. 3, wherein the disturbance estimation unit 302 is shown in more detail. The disturbance estimation unit 302 has an estimation unit 400 which is designed to execute a finite element model of the optical element N5 and/or a model of the periodic, externally excited disturbance dk in order to estimate a respective position of the optical element N5 relative to the target position Ps for each state of the periodic, externally excited disturbance dk and/or per period as a function of the control signal uk. The finite element model of the optical element N5 and/or the model of the periodic, externally excited disturbance dk is preferably implemented on the estimation unit 400 in the form of program code and/or in the form of an algorithm and thus executable.
Die Störgrößenschätzer-Einheit 302 weist ferner eine Korrektur-Einheit 402 auf, die dazu eingerichtet ist, insbesondere für jeden Zustand der periodischen, fremderregten Störung dk und/oder pro Zeitschrift ein zustandsabhängiges Korrektursignal %k+i zu der jeweiligen geschätzten Position in Abhängigkeit des Positionsmesssignals yk zu erzeugen! und das Korrektursignal %k+i der Schätzer-Einheit 400 zum Schätzen einer jeweiligen Position in einem nächsten Zustand und/oder in einem nächsten Zeitschrift bereitzustellen. Hierzu kann die Störgrößenschätzer-Einheit 302 einen Zeitverzögerungs-Einheit 404 bzw. eine Delay-Einheit aufweisen. Die Störgrößenschätzer-Einheit 302 ist dazu eingerichtet, das Vorsteuer- Stellkorrektursignals ud,k aus der Summe der Korrektursignale %k+i zu erzeugen, indem sie die Korrektursignale %k+i vorzugsweise pro Schwingungsperiode aufsummiert. The disturbance estimator unit 302 further comprises a correction unit 402 which is designed to generate a state-dependent correction signal %k+i for the respective estimated position as a function of the position measurement signal yk, in particular for each state of the periodic, externally excited disturbance dk and/or per period, and to provide the correction signal %k+i to the estimator unit 400 for estimating a respective position in a next state and/or in a next period. For this purpose, the disturbance estimator unit 302 can comprise a time delay unit 404 or a delay unit. The disturbance estimator unit 302 is designed to generate the pre-control correction signal ud,k from the sum of the correction signals %k+i by summing the correction signals %k+i, preferably per oscillation period.
Das Stellsignal uk = uc,k + u .k weist vorzugsweise zwei Signale auf, nämlich das Reglerstellsignals uc,k, das als eine Rückkopplungssignal ausgebildet ist, und das Vorsteuer-Stellkorrektursignal Ud,k. Bei der Rückkopplungsregelung durch das Reglerstellsignals uc,k wird vorzugsweise davon ausgegangen, dass es sich um einen PID-Regler in Kombination mit einer Entkopplungsmatrix handelt. Die vorliegende Methodik ist jedoch grundsätzlich unabhängig von der Art des verwendeten Reglers. Die Entkopplung basiert vorzugsweise auf einem Frequenzansatz und funktioniert besonders gut für einen bestimmten Frequenzbereich, in dem sich die Störung dk befindet. Außerhalb dieses Bereichs ist das System nicht unbedingt entkoppelt. Die Vorsteuerregelung u .k verwendet vorzugsweise die Ergebnisse des Kalman -Filters und umfasst dabei die geschätzten Zustände, die der Störung dk in dem jeweiligen Zeitschrift entsprechen. Die Störgrößenschätzer-Einheit 302 kann aktiviert und deaktiviert werden, um die Auswirkungen der Verwendung dieser Regelung zu untersuchen. Die Funktionalität des optischen Systems 200 bzw. des Verfahrens kann beispielsweise durch Simulation eines vereinfachten Schwingungs-Systems des optischen Elements N5 verifiziert werden. Die Ergebnisse einer solchen Verifizierung sind in den Fig. 5 und 6 gezeigt. The control signal uk = u c ,k + u .k preferably has two signals, namely the controller control signal u c ,k, which is designed as a feedback signal, and the feedforward control correction signal Ud,k. The feedback control by the controller control signal u c ,k is preferably assumed to be a PID controller in combination with a decoupling matrix. However, the present methodology is fundamentally independent of the type of controller used. The decoupling is preferably based on a frequency approach and works particularly well for a certain frequency range in which the disturbance dk is located. Outside this range, the system is not necessarily decoupled. The feedforward control u .k preferably uses the results of the Kalman filter and includes the estimated states that correspond to the disturbance dk in the respective period. The disturbance estimator unit 302 can be activated and deactivated to examine the effects of using this control. The functionality of the optical system 200 or the method can be verified, for example, by simulating a simplified oscillation system of the optical element N5. The results of such a verification are shown in Figs. 5 and 6.
Als (FEM-)Modell für das optische Element N5 kann beispielsweise ein Ein-Mas- sen-Schwinger verwendet werden, dessen Schwingung durch einen PID-Regler geregelt wird. Eine additive, periodische Eingangsstörung bzw. die periodische, fremderregte Störung dk kann beispielsweise auf den Ein-Massen-Schwinger aufgebracht werden, um dessen Schwingungsverhalte bezüglich der Störung zu untersuchen. Untersuchungen gezeigt, dass nicht notwendigerweise die exakten Frequenzen der realen Störung dk im Modell der Störgrößenschätzer-Einheit 302 umfasst sein müssen. Stattdessen hat es sich gezeigt, dass es ausreichend ist, Frequenzen gleichmäßig über einen relevanten Frequenzbereich zu verteilen. Um zu dieser Erkenntnis zu gelangen, wird vorzugsweise ein reales Störspektrum der Störung dk verwendet, und dieses durch eine Fourier- Transformation in einzelnen Unterfrequenzen unterteilt. Aus diesem Spektrum kann beispielsweise eine vorbestimmte Anzahl an den dominantesten Frequenzen herausgesucht und mit zufälliger Amplitude und Phasenlage als Störung verwendet werden. For example, a single-mass oscillator can be used as a (FEM) model for the optical element N5, the oscillation of which is controlled by a PID controller. An additive, periodic input disturbance or the periodic, externally excited disturbance dk can, for example, be applied to the single-mass oscillator in order to examine its oscillation behavior with respect to the disturbance. Investigations have shown that the exact frequencies of the real disturbance dk do not necessarily have to be included in the model of the disturbance estimator unit 302. Instead, it has been shown that it is sufficient to distribute frequencies evenly over a relevant frequency range. In order to arrive at this conclusion, a real disturbance spectrum of the disturbance dk is preferably used, and this is divided into individual subfrequencies by a Fourier transformation. From this spectrum, for example, a predetermined number of the most dominant frequencies can be selected and used as a disturbance with a random amplitude and phase position.
In der Störgrößenschätzer-Einheit 302 wird beispielsweise eine bestimmte Anzahl an den dominantesten Frequenzen berücksichtigt, die geringer als die herausgesuchte Anzahl sein kann. Beispielsweise können nur die drei dominantesten Frequenzen des Störspektrums in dem Modell der Störung in der Störgrößenschätzer-Einheit 302 berücksichtigt werden. Für die Verifizierung wurde sich beispielsweise für die Frequenzen 10, 50 sowie 100 Hz entschieden, um das gesamte relevante Störspektrum abzudecken. Vergleicht man nun die Positionsfehlersignale 500 einer erfindungsgemäßen Vorsteuerung durch die Störgrößenschätzer-Einheit 302 mit den Positionsfehlersignalen 502 ohne eine solche Vorsteuerung, ist eine deutliche Verbesserung zu sehen, wie dies aus Fig. 5 hervorgeht. Exemplarisch sind in den Fig. 5(a), 5(c), 5(e) die translatorischen Positionsfehlersignale in den Raumrichtungen x, z, y dargestellt. Zusätzlich sind in den Fig. 5(b), 5 (d), 5(f) reale Störsignale 504 der Störung dk in den translatorischen Raumrichtungen x, y, z sowie deren Schätzungen 506 aus der Störgrößenschätzer-Einheit 302 dargestellt. Die Störungen werden sehr gut geschätzt und deren Verwendung in einer Vorsteuerung führt zu einer drastischen Reduktion der Positionsfehler des Ein -Massen -Schwingers. Auf der jeweiligen Ordinate ist die Zeit t in Sekunden s aufgetragen. Auf der jeweiligen Abszisse in den Fig. (a), 5(c), 5(e) ist der jeweilige Positionsfehler jeweils für eine Raumrichtung aufgetragen. Auf der jeweiligen Abszisse in den Fig. 5(b), 5 (d), 5(f) ist die jeweilige Positionsabweichung von der Soll-Position Ps (hier repräsentiert durch die Nulllinie) jeweils für eine Raumrichtung aufgetragen. For example, a certain number of the most dominant frequencies is taken into account in the disturbance estimator unit 302, which can be less than the selected number. For example, only the three most dominant frequencies of the disturbance spectrum can be taken into account in the model of the disturbance in the disturbance estimator unit 302. For verification, for example, the frequencies 10, 50 and 100 Hz were chosen in order to cover the entire relevant disturbance spectrum. If one now compares the position error signals 500 of a feedforward control according to the invention by the disturbance estimator unit 302 with the position error signals 502 without such a Feedforward control, a clear improvement can be seen, as is clear from Fig. 5. The translational position error signals in the spatial directions x, z, y are shown as examples in Figs. 5(a), 5(c), 5(e). In addition, real disturbance signals 504 of the disturbance dk in the translational spatial directions x, y, z and their estimates 506 from the disturbance estimation unit 302 are shown in Figs. 5(b), 5(d), 5(f). The disturbances are estimated very well and their use in feedforward control leads to a drastic reduction in the position errors of the single-mass oscillator. The time t in seconds s is plotted on the respective ordinate. The respective position error for one spatial direction is plotted on the respective abscissa in Figs. (a), 5(c), 5(e). On the respective abscissa in Fig. 5(b), 5(d), 5(f), the respective position deviation from the target position Ps (here represented by the zero line) is plotted for one spatial direction.
Besonders gut zu sehen ist die Reduktion in der Fourier-Transformierten der Positionsfehlersignale 600 ohne Vorsteuerung des optischen Elements 202 und in der Fourier-Transformierten der Positionsfehlersignale 602 mit Vorsteuerung. Hieran ist auch zu erkennen, dass nicht die exakten Frequenzen der realen Störung dk in der Störgrößenschätzer-Einheit 302 umfasst sein müssen, um eine gute Performanz bei der Ausregelung der Störung zu erreichen. Bei 10, 50 und 100 Hz wird die Störung besonders gut unterdrückt, aber auch umhegende Frequenzen werden effektiv herausgefiltert. Die jeweiligen Positionsfehlersignale 600, 602 sind für die drei Raumrichtungen x, y, z in den Figuren 6(a) bis 6(c) gezeigt. Auf der jeweiligen Ordinate ist die Frequenz in Hz aufgetragen. Auf der jeweiligen Abszisse ist die Amplitude jeweils für eine Raumrichtung, bspw. in %, aufgetragen. The reduction in the Fourier transform of the position error signals 600 without pre-control of the optical element 202 and in the Fourier transform of the position error signals 602 with pre-control can be seen particularly well. This also shows that the exact frequencies of the real disturbance dk do not have to be included in the disturbance estimator unit 302 in order to achieve good performance in compensating for the disturbance. At 10, 50 and 100 Hz, the disturbance is suppressed particularly well, but surrounding frequencies are also effectively filtered out. The respective position error signals 600, 602 are shown for the three spatial directions x, y, z in Figures 6(a) to 6(c). The frequency in Hz is plotted on the respective ordinate. The amplitude for each spatial direction, e.g. in %, is plotted on the respective abscissa.
In Fig. 7 ist ein reales Störspektrum der Störung dk dargestellt. Es ist erkennbar, dass das Störspektrum mehrere signifikante Störfrequenzen ausweist, die sich über einen Frequenzbereich von 0 bis 100 Hz erstrecken. Beispielsweise sind die Amplituden bei den Frequenzen ~5 Hz, 20 Hz, ~24 Hz, 30 Hz, ~42 Hz, ~49 Hz, 60 Hz, ~73 Hz, 85 Hz und ~94 Hz ausgeprägt gegenüber den Amplituden bei den restlichen Frequenzen innerhalb des gezeigten Frequenzbereichs. Auf der Ordinate ist die Frequenz in Hz aufgetragen. Auf der Abszisse ist die Amplitude bspw. in % aufgetragen. Fig. 7 shows a real interference spectrum of the interference dk. It can be seen that the interference spectrum shows several significant interference frequencies that extend over a frequency range from 0 to 100 Hz. For example, the amplitudes at the frequencies ~5 Hz, 20 Hz, ~24 Hz, 30 Hz, ~42 Hz, ~49 Hz, 60 Hz, ~73 Hz, 85 Hz and ~94 Hz are pronounced compared to the amplitudes at the remaining frequencies within the frequency range shown. The ordinate shows the frequency in Hz. The abscissa shows the amplitude in %, for example.
Fig. 8 zeigt ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Vermindern von schwingungsbasierten Störungen in dem optischen System 200 und/oder der Lithographieanlage 1. Das Verfahren weist folgende Schritte auf: Ausgeben S 1 des Positionsmesssignals yk in Abhängigkeit einer Position eines optischen Elements NI - N6; Erzeugen S2 des Re gier Stellsignals uc,k in Abhängigkeit des Positionsmesssignals yk! Schätzen S3 einer periodischen, fremderregten Störung (dk) in einen nächsten Zeitschrift und basierend darauf, Schätzen der Position des optischen Elements NI - N6 in dem nächsten Zeitschrift in Abhängigkeit des Positionsmesssignals yk und des Stellsignals ui<; Ausgeben S4 des Vorsteuer-Stellkorrektursignals ud,k in Abhängigkeit der geschätzten Position in dem nächsten Zeitschrift; Erzeugen S5 des Stellsignals uk durch Aufsummieren des Reglerstellsignals uc,k und des Vorsteuer-Stellkorrektursignals ud.k! und Ansteuern S6 des optischen Elements N 1 - N6 in Abhängigkeit des Stellsignals uk. Bevorzugt wird in einem Schritt S1 vorausgehenden Schritt das FEM-Modell erzeugt. Hierzu werden beispielsweise Messungen von Störungen an einem bekannten System und/oder Störungssimulationen verwendet. Fig. 8 shows a flow chart of an embodiment of the method according to the invention for reducing vibration-based disturbances in the optical system 200 and/or the lithography system 1. The method has the following steps: outputting S1 of the position measurement signal yk as a function of a position of an optical element NI - N6; generating S2 of the controller actuating signal u c ,k as a function of the position measurement signal yk! estimating S3 a periodic, externally excited disturbance (dk) in a next magazine and based thereon, estimating the position of the optical element NI - N6 in the next magazine as a function of the position measurement signal yk and the actuating signal ui<; outputting S4 of the pilot actuating correction signal ud,k as a function of the estimated position in the next magazine; generating S5 of the actuating signal uk by summing the controller actuating signal u c ,k and the pilot actuating correction signal ud.k! and controlling S6 the optical element N 1 - N6 depending on the control signal uk. Preferably, the FEM model is generated in a step preceding step S1. For this purpose, for example, measurements of disturbances in a known system and/or disturbance simulations are used.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist sie vielfältig modifizierbar. BEZUGSZEICHENLISTE Although the present invention has been described using exemplary embodiments, it can be modified in many ways. REFERENCE SYMBOL LIST
1 Projektionsbelichtungsanlage1 projection exposure system
2 Beleuchtungs system 2 lighting system
3 Lichtquelle 3 light source
4 Beleuchtungsoptik 4 lighting optics
5 Objektfeld 5 object field
6 Objektebene 6 object level
7 Retikel 7 reticles
8 Retikelhalter 8 reticle holders
9 Retikelverlagerungsantrieb9 reticle displacement drive
10 Projektionsoptik 10 projection optics
11 Bildfeld 11 image fields
12 Bildebene 12 image plane
13 Wafer 13 wafers
14 Wafer tisch 14 wafer table
15 Waferverlagerungsantrieb15 wafer displacement drive
16 Beleuchtungsstrahlung 16 Illumination radiation
17 Kollektor 17 collector
18 Zwischenfokusebene 18 intermediate focal plane
19 Umlenkspiegel 19 deflection mirrors
20 erster Facettenspiegel 20 first facet mirror
21 erste F acette 21 first facet
22 zweiter Facettenspiegel 22 second facet mirror
23 zweite Facette 23 second facet
200 optisches System 200 optical system
202 Sensor-Einheit 202 sensor unit
204 Positionsmesssensor 204 position measuring sensor
206 Regler 206 controllers
208 Aktor 210 Störquelle 208 actuator 210 source of interference
212 Störgrößen-Sensor-Einheit 212 disturbance sensor unit
214 Sensorrahmen 214 sensor frames
216 Tragrahmen 216 supporting frames
300 Re gier -Einheit 300 government units
302 Störgrößenschätzer-Einheit 302 disturbance estimator unit
304 Addier -Einheit 304 Adder unit
400 Schätzer-Einheit 400 estimator units
402 Korrektur - Einheit 402 Correction - Unit
404 Zeitverzögerungs-Einheit 404 time delay unit
500 Positionsfehler signal mit Vorsteuerung500 position error signal with feedforward control
502 Positionsfehlersignal ohne Vorsteuerung502 Position error signal without feedforward control
504 Störsignal 504 interference signal
506 Schätzung des Störsignals 506 Estimation of the interference signal
600 Positionsfehlersignal ohne Vorsteuerung600 Position error signal without feedforward control
602 Positionsfehlsignal mit Vorsteuerung dk Störung 602 Position error signal with feedforward control dk fault
Ml Spiegel Ml Spiegel
M2 Spiegel M2 mirror
M3 Spiegel M3 mirror
M4 Spiegel M4 mirror
M5 Spiegel M5 mirror
M6 Spiegel M6 mirror
NI optisches Element NI optical element
N2 optisches Element N2 optical element
N3 optisches Element N3 optical element
N4 optisches Element N4 optical element
N5 optisches Element N5 optical element
N6 optisches Element Ps Soll-Position uk Stellsignal yk Positionsmesssignal N6 optical element Ps target position uk control signal yk position measurement signal
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