WO2025002947A1 - Verfahren zum verringern von aberrationen eines optischen elements, optisches element und anlage der halbleitertechnologie - Google Patents

Verfahren zum verringern von aberrationen eines optischen elements, optisches element und anlage der halbleitertechnologie Download PDF

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optical
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Robert HARMES
Felix WAELDCHEN
Malte Langenhorst
Werner Weiss
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Carl Zeiss SMT GmbH
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    • G03F7/70591—Testing optical components
    • G03F7/706—Aberration measurement

Definitions

  • the invention relates to a method for reducing aberrations of an optical element, in particular an optical element in a lithography system, an optical element, preferably a mirror, in particular an EUV mirror, and a semiconductor technology system with at least one such optical element.
  • Optical elements in the form of lenses or mirrors are the core elements of projection lenses, such as those used in microlithography.
  • the requirements for image quality are constantly increasing for such optical elements, meaning that new processes and materials must be developed for the manufacture of these optical elements.
  • various effects can cause the image quality to deteriorate over the service life or operating period of a particular optical element, i.e. the aberrations of the optical element typically increase irreversibly over the operating period of the optical element.
  • DE102018211596A1 describes a method for producing a reflective optical element for a projection exposure system, wherein the optical element has a substrate.
  • the method comprises measuring the substrate surface, irradiating the substrate with the aid of electrons or photons, and tempering the substrate.
  • the irradiation leads to a local compaction of the substrate, which can be used to correct surface defects. Since the tempering partially reverses the compaction produced during the irradiation, the decompaction by tempering can already be maintained during the compaction in the irradiation step. Using such a lead, the desired surface shape can be achieved by irradiation and subsequent tempering.
  • the method described in DE102018211596A1 can also be used to create protection of the substrate against progressive compaction over the lifetime of the substrate caused by irradiation with EUV radiation during operation of the reflective optical element.
  • the irradiation during manufacture of the optical element is carried out until saturation of the compaction is reached, i.e. until a state is reached in which the compaction of the substrate no longer increases or only increases negligibly with further irradiation of the substrate. In this way, inadmissible surface deformations and associated aberrations due to the compaction of the material by EUV radiation can be prevented in the long term.
  • temporally variable aberrations or image errors that occur on long time scales can be divided into two classes: A first class of image errors, which are characterized by the fact that their future size increases by a non-negligible value after a constant period of time, and a second class of image errors, which after reaching a threshold value only increases by a negligible value after each additional period of time.
  • a first class of image errors which are characterized by the fact that their future size increases by a non-negligible value after a constant period of time
  • a second class of image errors which after reaching a threshold value only increases by a negligible value after each additional period of time.
  • DE102012212758A1 proposes adjusting the two classes of image errors in parallel using manipulators of the projection lens.
  • the first or second image errors can be determined by measurement or by prediction from a prediction model.
  • manipulators typically cannot correct all aberrations of a projection lens or a lithography system that arise over the operating life of the optical elements.
  • the object of the invention is to provide a method for reducing aberrations varying over the operating life of the optical element, an optical element and a semiconductor technology system with at least one such optical element.
  • a method for reducing aberrations of an optical element comprising: determining a temporal change in an optical property of the optical element to be expected over the operating life of the optical element, in particular a temporal change in a pass of a Surface of a substrate of the optical element, wherein the temporal change of the optical property causes aberrations varying over the operating time of the optical element, and reducing the aberrations varying over the operating time of the optical element by generating a lead, in particular a pass lead, which compensates for at least a portion of the total temporal change of the optical property to be expected over the operating time.
  • the temporal change in an optical property of the optical element that is to be expected over the operating life of the optical element is first determined.
  • the optical property can be, for example, the fit or surface shape of the optical element described above, but the temporal change - particularly in the case of optical elements in the form of lenses - can also be a temporal change in the refractive index or a temporal change in the stress birefringence.
  • the aberrations varying over the operating time of the optical element can be reduced.
  • the lead can be a local reduction in the thickness of the substrate, which at least partially compensates for the local increase in the thickness of the substrate.
  • the lead may be able to completely compensate for the aberrations over the operating time of the optical element because no more change in the optical property over time occurs over the operating time.
  • the lead compensates for a predetermined proportion, in particular a proportion of 50%, of the total temporal change in the optical property expected over the operating life of the optical element.
  • a pass lead is usually used to create a state of the optical element that is selected such that at a point in time at which 50% of the total temporal change in the optical property expected over the operating life of the optical element has occurred, the surface of the substrate has exactly the desired surface shape. Accordingly, the aberrations of the optical element are minimal at this point in time.
  • the aberrations decrease and after this point in time, the aberrations increase, but the amount of aberrations over the operating life of the optical element is halved by the pass-off, ie the maximum negative effect of the aberrations is reduced by half compared to the case where a target surface shape of the optical element is created during production without the pass-off. It is understood that the point in time at which 50% of the temporal change of the optical property is reached does not usually correspond to half the operating time of the optical element, since the temporal change of the optical property is usually not proportional to the operating time and in particular does not increase or decrease linearly with the operating time.
  • the pass lead is generated by surface treatment of the substrate, which comprises material-removing processing of the surface of the substrate and/or irradiating the substrate, in particular with subsequent tempering of the substrate.
  • the generation of the pass lead or the pass correction can be carried out, for example, by direct material removal.
  • the pass lead can be generated by compacting the material of the substrate in volume, possibly with subsequent tempering, as described, for example, in DE102018211596A1 cited at the beginning, which is incorporated into the content of this application in its entirety by reference.
  • the registration lead is generated by surface processing of a surface of a substrate of another optical element of the lithography system.
  • the registration lead can also be carried out on one or more other optical elements of an optical system, in the present case a lithography system.
  • the other optical element has a subaperture ratio comparable to the optical element.
  • the surface processing on the other optical element(s) can be carried out in the manner described above.
  • the temporal change in the optical property expected over the operating life of the optical element is calculated on the basis of at least one measurement.
  • the temporal change of the at least one optical property over the operating time of the optical element which is also referred to below as long-term change, can be predicted by a previous measurement of the possibly temporally variable rate of the temporal change, as well as its spatial manifestation (see below), for example in a saturation behavior. This is possible, for example, if the temporal change or the rate is constant over the production time and the operating time of the optical element. In this case, it is necessary that the measurement enables an estimate of the long-term change of the optical property over the operating time of the optical element.
  • Such a measurement can be carried out by carrying out a measurement at several points in time in a test setup under controlled conditions and this time series allows a clear extrapolation into the future.
  • the storage of the optical element between the individual measurements is essential here.
  • the optical element should be stored in a standard atmosphere that is kept constant. Furthermore, it is typically necessary that the storage ensures that the effects of the long-term change in the optical property are not distorted. This applies in particular, but not exclusively, to the long-term change in the fit that is due to the application of force.
  • the approach described above can also be used in principle, but it may also be possible to directly measure the state of the optical property during the operating period of the optical element. This is possible, for example, if the long-term change in the fit is caused by a gravitational force or by another effect that occurs when the optical element is reset to its final operating position, in which the optical element remains for the duration of its operation, and from this point onwards the optical element is again acted upon.
  • the lead is generated after a waiting period of at least 10 days, preferably at least 40 days, in particular at least 100 days since the optical element was last processed, wherein after the waiting period has elapsed, a measurement of the time-varying optical property is carried out and the size of the lead is determined based on the measurement.
  • the measurement is only carried out when a predetermined waiting period has elapsed after the optical element was last processed in production.
  • the waiting time is selected such that after the waiting period has elapsed, a non-negligible proportion of the total time-dependent change in the optical property to be expected over the operating life of the optical element has occurred.
  • the lead is generated after the expiry of a waiting period of at least 10 days, preferably of at least 40 days, in particular of at least 100 days since the last processing of the optical element, wherein a measurement of the time-varying optical property is carried out at a time before and at a time after the expiry of the waiting period and The magnitude of the lead is determined based on a difference between the two measurements and a model-based expected temporal change in the optical property.
  • the method described here should be more accurate than the method described above, whereby the accuracy depends in particular on the quality of the storage.
  • the aberrations or wavefront disturbances resulting from the long-term change in the optical property are predicted in the RMS value, e.g. in the RMS5, i.e. in the root mean square of the wavefront Zernike 5 to 36 and 49, more accurately than 100 pm, preferably more accurately than 30 pm, in particular more accurately than 10 pm.
  • the temporal change in the optical property expected over the operating life of the optical element is The basis of a model-based simulation, which preferably includes finite element calculations.
  • the long-term change or the rate of change over the operating life of the optical element can be predicted using suitable models and simulation techniques, e.g. using the finite element method. It is also typically necessary to predict the aberrations or wavefront disturbances in the RMS5 resulting from the long-term change over the operating life more accurately than 100 pm, preferably more accurately than 30 pm, in particular more accurately than 10 pm.
  • the accuracy of the simulation can be increased by dedicated calibration measurements, which are used to determine the model parameters of the finite element calculations.
  • the optical element forms one of the three optical elements of the lithography system whose substrates have the largest volume.
  • the lead compensates for a proportion of at least 20%, preferably at least 30%, in particular at least 50% of the aberrations that vary over the operating life of the optical element and are caused by the temporal change in the optical property over the operating life of the optical element.
  • the lead is selected such that a proportion of approximately 50% of the expected temporal change in the optical property is compensated, the aberrations that vary over the operating life of the optical element can generally be approximately halved.
  • the temporal change in the optical property is caused by at least one of the following effects: thermal hysteresis, mechanical hysteresis, volume shrinkage, relaxing material compaction, for example after the irradiation described above with subsequent tempering, and radiation-induced compaction ("compaction" or possibly "rarefaction") of the substrate material.
  • the mechanical hysteresis of the substrate material which is also referred to as delayed elasticity, can play a role, for example, in a long-term change in the fit due to the force of gravity. It is clear that the above list is not exhaustive.
  • Other effects that cause varying aberrations over the service life of the optical element are, for example, temporal changes in the surface layer stresses, etc.
  • the optical property varies depending on location
  • the expected temporal change in the optical property is determined depending on location
  • the change in the optical property is corrected depending on location by the lead.
  • the optical property usually also varies depending on location. This is the case, for example, if the optical property is the fit, i.e. the surface shape, of the optical surface of the substrate. In this case, a fit lead that varies depending on location across the surface of the substrate is generated in order to partially compensate for the deformation of the surface of the substrate that varies depending on location.
  • the optical element forms an EUV mirror and the substrate of the EUV mirror preferably consists entirely or partially of a zero-expansion material.
  • the zero-expansion material can be, for example, titanium-doped quartz glass or a glass ceramic. These materials exhibit a certain temperature, which is known as This temperature is called the zero crossing temperature, and is the temperature at which the coefficient of thermal expansion passes zero.
  • a further aspect of the invention relates to an optical element, preferably a mirror, in particular an EUV mirror, wherein the optical element has aberrations which vary over time over an operating period of the optical element, wherein the aberrations decrease from the start of the operating period of the optical element up to a predetermined point in time at which the aberrations are minimal and increase again after the predetermined point in time, wherein the predetermined point in time is preferably between 100 days and 8 years, particularly preferably between 200 days and 6 years, in particular between 2 years and 4 years.
  • the start of the operating period is understood to mean the point in time at which the mirror is put into operation in a microlithography arrangement, for example in a lithography system.
  • the optical element described above can be manufactured by creating the above-described registration lead on the surface of a substrate of the optical element.
  • the optical element is a mirror
  • a reflective coating is applied to the surface of the substrate on which the registration lead is created (see above).
  • the aberrations at the given time have a value of 100 pm or less, preferably 30 pm or less, particularly preferably 10 pm or less.
  • the aberrations are measured as wavefront disturbances in the form of a respective RMS value at all points on the surface.
  • the values given above refer to the point on the surface at which the aberrations are maximum.
  • the values given above refer to the RMS5 value, ie the root mean square of the wavefront Zernikes 5 to 36 and 49. It is understood It can be seen that the temporal behavior of the aberrations described above is preserved if another suitable measure is used to determine the aberrations, for example in the form of a quadratic average over other Zernike polynomials or Zernike coefficients.
  • a further aspect of the invention relates to a semiconductor technology system, in particular an EUV lithography system, which has at least one such optical element.
  • the semiconductor technology system can be an EUV lithography system for exposing a wafer or another semiconductor technology system, for example an inspection system, e.g. for inspecting masks, wafers or the like used in lithography.
  • Fig. 1 shows a meridional section of a projection exposure system for EUV projection lithography
  • Fig. 2a is a schematic representation of an EUV mirror of the projection exposure system of Fig. 1 for a first Time at which the EUV mirror is irradiated to generate a pass lead,
  • Fig. 2b is a schematic representation of the EUV mirror at a second point in time, where a desired surface shape of the surface of the mirror is achieved by a temporal change of the pass due to the effect of the gravitational force,
  • Fig. 3 is a schematic representation of a long-term change in the fit of the mirror of Fig. 2a, b due to the effect of gravitational force, and
  • Fig. 4 is a schematic representation of time-varying aberrations of the EUV mirror due to the long-term change of the pass.
  • 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 used as a lighting system may be provided as a separate module. In this case, the lighting system does not include the light source 3.
  • a reticle 7 arranged in the object field 5 is illuminated.
  • 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 xyz coordinate system is shown in Fig. 1.
  • the x-direction runs perpendicular to the drawing plane.
  • the y-direction runs horizontally and the z-direction runs vertically.
  • the scanning direction in Fig. 1 runs along the y-direction.
  • the z-direction runs perpendicular to the object plane 6.
  • the projection exposure system 1 comprises a projection system 10.
  • the projection system 10 is used to image the object field 5 into an image field 11 in an image plane 12.
  • a structure on the reticle 7 is imaged onto a light-sensitive layer of a wafer 13 arranged in the area of the image field 11 in the image plane 12.
  • the wafer 13 is held by a wafer holder 14.
  • the wafer holder 14 can be displaced via a wafer displacement drive 15, in particular along the y-direction.
  • 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 radiation source 3 is an EUV radiation source.
  • the radiation 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 has in particular a wavelength in the range between 5 nm and 30 nm.
  • the radiation source 3 can be a plasma source, for example an LPP source (laser produced plasma) or a DPP source (Gas Discharged Produced Plasma). It can also be a synchrotron-based radiation source.
  • Radiation source 3 can be a free-electron laser (FEL).
  • the illumination radiation 16 that emanates from the radiation source 3 is bundled by a collector mirror 17.
  • the collector mirror 17 can be a collector mirror with one or more ellipsoidal and/or hyperboloidal reflection surfaces.
  • the at least one reflection surface of the collector mirror 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 mirror 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 intermediate focal plane 18 can represent a separation between a radiation source module, comprising the radiation source 3 and the collector mirror 17, and the illumination optics 4.
  • 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 a beam-influencing effect beyond the pure deflection effect. Alternatively or additionally, the deflection mirror 19 can be designed as a spectral filter which separates a useful light wavelength of the illumination radiation 16 from stray light of a different wavelength.
  • the first facet mirror 20 comprises a plurality of individual first facets 21, which are also referred to below as field facets. Only a few of these facets 21 are shown in Fig. 1 as examples.
  • a second facet mirror 22 is arranged downstream of the first facet mirror 20 in the beam path of the illumination optics 4.
  • the second facet mirror 22 comprises a plurality of second facets 23.
  • the illumination optics 4 thus form a double-faceted system.
  • This basic principle is also referred to as a honeycomb condenser (fly's eye integrator).
  • 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.
  • the projection system 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 system 10 comprises six mirrors M1 to M6. Alternatives with four, eight, ten, twelve or another number of mirrors Mi are also possible.
  • the penultimate mirror M5 and the last mirror M6 each have a passage opening for the illumination radiation 16.
  • the projection system 10 is a double-obscured optics system.
  • the projection optics 10 have a numerical aperture on the image side that is greater than 0.4 or 0.5 and can also be greater than 0.6 and can be, for example, 0.7 or 0.75.
  • the mirrors Mi can have a highly reflective coating for the illumination radiation 16.
  • Fig. 2a, b show a mirror Mi of the projection optics 10 of Fig. 1.
  • the mirror Mi has a substrate 24 made of a zero-expansion material, which in the example shown is titanium-doped quartz glass.
  • a reflective coating 25 is applied to a surface 24a of the substrate 24, which is formed from alternating layers of a high-refractive index and a low-refractive index material.
  • the materials are silicon and molybdenum.
  • the surface 24a of the substrate 24 has a desired surface shape that depends on the position x, y on the surface 24a, which is also referred to as the pass P(x, y).
  • the desired pass P(x, y) i.e. the desired surface shape
  • the desired surface shape of the surface 24a of the substrate 24 is a flat surface 24a.
  • the pass P(x, y) of the surface 24a of the mirror Mi can change over time over the operating time T (cf. Fig. 3) of the mirror Mi in the projection exposure system 1 due to different effects.
  • Fig. 3 shows, by way of example, a temporal change AP of the pass P averaged over the surface 24a (in arbitrary units) as a function of the time t (in days), which is attributable to a gravitational deformation of the substrate 24.
  • the temporal change AP of the pass P which corresponds to the deformation of the surface 24a of the substrate 24, increases linearly over the operating time T of the mirror Mi on a logarithmic time scale.
  • the operating time T is indicated in Fig. 3 by a dotted line and indicates the period of time over which the optical imaging quality of the mirror Mi should be optimal and thus the aberrations should be minimal.
  • the operating time T is between three days from the installation of the mirror Mi in the projection optics 10 (at time ti, which can be, for example, one day or a significantly longer period after the manufacture of the mirror Mi) and ten years.
  • time ti which can be, for example, one day or a significantly longer period after the manufacture of the mirror Mi
  • ten years In order to partially compensate for the varying aberrations A or wavefront errors shown in Fig. 4, which are attributable to the temporal change AP of the pass P, it is possible to compensate for a predetermined proportion of the total temporal change APtot of the pass P to be expected over the operating time T of the optical element Mi.
  • this predetermined proportion is 50% of the total temporal change APtot of the pass P to be expected over the operating time T.
  • the time t2 at which the proportion of the total temporal change APtot of the pass P over the operating time T of the mirror Mi reaches a value of 50% is 100 days.
  • the compensation which is generated in the form of a pass correction factor APv, can be carried out at or before the time ti, which corresponds to the time of installation of the mirror Mi in the projection exposure system 1 and is before the start of the operating time T of the mirror Mi.
  • the pass correction factor APv shown in Fig. 2a for a predetermined position x,y on the surface 24a of the substrate 24 results in the mirror Mi assuming its optimal surface shape or pass P(x,y) at the time t2, as can be seen in Fig. 2b.
  • the aberrations A of the mirror Mi initially decrease due to the adjustment lead APv, because the adjustment lead APv shown in Fig. 2a is reduced by the acting gravitational force, until the second time t2 is reached, at which the aberrations A are minimal and the surface 24a assumes the flat target surface shape shown in Fig. 2b.
  • the aberrations A of the mirror Mi increase again, because the surface 24a continues to deform due to the action of the gravitational force as the substrate 24 continues to expand.
  • the magnitude of the change AA of the aberrations A over the operating time T of the mirror Mi can be practically halved compared to the case where no such compensation is carried out, i.e. approximately 50% of the aberrations A varying over the operating time T of the optical element Mi are compensated by the pass-forward correction APv.
  • a proportion other than 50% of the total expected temporal change APtot of the pass P over the operating time T of the mirror Mi can also be compensated in the manner described above, for example a proportion of 30% or 40%.
  • the pass lead APv is generated by surface processing of the substrate 24, which in the example shown is carried out by local irradiation with an electron beam 26, which causes compaction in the volume of the substrate 24, as indicated in Fig. 2a by a bordered area 27.
  • the compaction leads to a change in the pass P(x,y) or to the local pass lead APv.
  • an electron gun 28 which serves to generate the electron beam 26, is moved over the surface 24a, as indicated by a double arrow.
  • the irradiation with the electron beam 27 can be followed by a tempering step, which causes decompaction of the substrate 24, as described in DE102018211596A1 cited at the beginning.
  • the size of the local pass lead APv at time ti is selected such that the flat target surface shape of the surface 24a shown in Fig. 2b is created at a predetermined time t2.
  • an ion beam can also be used for surface processing.
  • the surface processing can be carried out by a material-removing process, for example by laser ablation. It is also possible to generate the pass lead APv for reducing the aberrations A on the mirror Mi by surface processing on another mirror Mj (j + i) of the projection optics 10. Mirrors Mj that have a similar subaperture ratio to the mirror Mi are particularly suitable for this.
  • the temporal change AP to be expected can basically be determined by a measurement, a simulation or by a combination of a measurement and a simulation.
  • the temporal change AP to be expected can be measured on the mirror Mi itself or on a similar mirror Mi that is arranged at the same position in the projection optics 10.
  • an estimate of the temporal change AP of the pass P over the operating time T of the mirror Mi can be made by means of a measurement or a plurality of measurements.
  • a measurement can be carried out at several points in time in a test setup under controlled conditions, which allows a clear extrapolation into the future.
  • the temporal change AP of the pass P is caused by the gravitational force described above or by another effect which is reset when the mirror Mi is brought into its final position in the projection optics 10 and from this point onwards If the optical element Mi is again acted upon at time ti, which remains permanently in the operating position, it is possible to measure the state of the mirror Mi or the pass P at a time before time ti.
  • the time at which the temporal change AP of the pass P is measured can, for example, be after a waiting period of at least 10 days, at least 40 days or at least 100 days has elapsed since the optical element Mi was last processed, and the measurement can still be carried out during production.
  • the measurement of the temporal change AP of the pass P with a waiting time of, for example, 100 days after the last processing corresponds to the time t2 shown in Fig. 3 and Fig. 4 of 100 days after the time ti of the installation of the mirror Mi in the projection optics 10.
  • the size of the pass lead APv can be determined, which is subsequently generated on the surface 24a of the mirror Mi.
  • the pass lead APv compensates for the temporal change AP of the pass P up to the time t2, ie the flat target surface shape shown in Fig. 2b is also generated.
  • the lead APv prefferably be generated after a waiting period of at least 10 days, at least 40 days or at least 100 days since the last processing of the optical element Mi, whereby a measurement of the temporal change AP of the pass P(x,y) is carried out at a time before and at a time after the waiting period has expired, and the size of the pass lead APv is determined based on a difference between the two measurements and on a model-based expected temporal change AP of the pass P(x,y).
  • the temporal change AP of the pass P(x,y) to be expected over the operating time T of the optical element Mi can be determined on the basis of a model-based simulation, which e.g. based on finite element calculations whose model parameters can be determined by calibration measurements.
  • the mirror Mi at which the above-described registration delay AP is generated, is one of the three mirrors Mi of the projection exposure system 1, more precisely of the projection optics 10, whose substrates 24 have the largest volume.
  • the temporal change AP of the pass P(x,y) was caused by a gravitational force or a mechanical hysteresis or delayed elasticity of the material of the substrate 24.
  • the temporal change AP of the pass P(x,y) can also be caused by one or more other effects, for example by a thermal hysteresis, a volume shrinkage, a relaxing material compaction or a radiation-induced compaction.
  • the temporal change of optical properties other than the pass P(x,y) over the operating time T of the mirror Mi can also be at least partially compensated in the manner described above.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verringern von Aberrationen eines optischen Elements (Mi), insbesondere eines optischen Elements (Mi) in einem Lithographiesystem, umfassend: Bestimmen einer über die Betriebsdauer des optischen Elements (Mi) zu erwartenden zeitlichen Veränderung einer optischen Eigenschaft des optischen Elements (Mi), insbesondere einer zeitlichen Veränderung einer Passe (P(x,y)) einer Oberfläche (24a) eines Substrats (24) des optischen Elements (Mi), wobei die zeitliche Veränderung der optischen Eigenschaft über die Betriebsdauer (T) des optischen Elements (Mi) variierende Aberrationen verursacht, sowie Verringern der über die Betriebsdauer des optischen Elements (Mi) variierenden Aberrationen durch Erzeugen eines Vorhalts, insbesondere eines Passe-Vorhalts (∆PV), der zumindest einen Anteil der gesamten über die Betriebsdauer zu erwartenden zeitlichen Veränderung der optischen Eigenschaft (P(x,y)) kompensiert. Die Erfindung betrifft auch ein optisches Element (Mi) sowie eine Anlage der Halbleiterlithographie.

Description

Verfahren zum Verringern von Aberrationen eines optischen Elements, optisches Element und Anlage der Halbleitertechnologie
Bezugnahme auf verwandte Anmeldung
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung DE102023206062.0 vom 27. Juni 2023, deren gesamter Offenbarungsgehalt durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht wird.
Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verringern von Aberrationen eines optischen Elements, insbesondere eines optischen Elements in einem Lithographiesystem, ein optisches Element, bevorzugt einen Spiegel, insbesondere einen EUV-Spiegel, sowie eine Anlage der Halbleitertechnologie mit mindestens einem solchen optischen Element.
Optische Elemente in Form von Linsen oder Spiegeln stellen die Kernelemente von Projektionsobjektiven dar, wie sie beispielsweise in der Mikrolithographie eingesetzt werden. Bei derartigen optischen Elementen steigen die Anforderungen an die Abbildungsgualität stetig und sorgen dafür, dass neue Prozesse und Materialien für die Herstellung dieser optischen Elemente entwickelt werden müssen. Durch verschiedene Effekte kann sich je nach verwendetem Material und angewandtem Prozess jedoch die Abbildungsgualität über die Lebensdauer bzw. der Betriebsdauer eines jeweiligen optischen Elements verschlechtern, d.h. die Aberrationen des optischen Elements nehmen über die Betriebsdauer des optischen Elements typischerweise irreversibel zu. Es ist bekannt, Passefehler einer Oberfläche eines optischen Elements, d.h. Abweichungen einer Oberflächenform von einer Soll-Oberflächenform der Oberfläche, durch eine Oberflächenbearbeitung zu korrigieren.
Beispielsweise beschreibt die DE102018211596A1 ein Verfahren zur Herstellung eines reflektierenden optischen Elementes für eine Projektionsbelichtungsanlage, wobei das optische Element ein Substrat aufweist. Das Verfahren umfasst das Vermessen der Substratoberfläche, das Bestrahlen des Substrats mit Hilfe von Elektronen oder mit Photonen, sowie das Tempern des Substrats. Die Bestrahlung führt zu einer lokalen Kompaktierung des Substrats, die zur Korrektur von Oberflächenfehlem verwendet werden kann. Da das Tempern die bei der Bestrahlung erzeugte Kompaktierung teilweise wieder rückgängig macht, kann die Dekompaktierung durch das Tempern bereits bei der Kompaktierung im Schritt des Bestrahlens vorgehalten werden. Unter Verwendung eines solchen Vorhalts kann durch das Bestrahlen und das nachfolgende Tempern die Soll-Oberflächenform erreicht werden.
Das in der DE102018211596A1 beschriebene Verfahren kann auch dazu verwendet werden, einen Schutz des Substrats vor einer fortschreitenden Kompaktierung über die Lebensdauer des Substrats zu erzeugen, die durch Bestrahlung mit EUV-Strahlung im Betrieb des reflektierenden optischen Elements verursacht wird. Um diesen Schutz zu erreichen, wird die Bestrahlung bei der Herstellung des optischen Elements so lange durchgeführt, bis eine Sättigung der Kompaktierung erreicht ist, d.h. bis ein Zustand erreicht ist, in dem die Kompaktierung des Substrats bei einer weiteren Bestrahlung des Substrats nicht mehr oder nur noch vernachlässigbar zunimmt. Auf diese Weise können langfristig unzulässige Oberflächenverformungen und damit einhergehende Aberrationen aufgrund der Kompaktierung des Materials durch EUV-Strahlung verhindert werden. Grundsätzlich können zeitlich veränderliche Aberrationen bzw. Bildfehler, die auf langen Zeitskalen auftreten, in zwei Klassen eingeteilt werden: Eine erste Klasse von Bildfehlern, welche sich dadurch auszeichnen, dass ihre zukünftige Größe nach einer konstanten Zeitdauer um einen nicht zu vernachlässigenden Wert anwächst, sowie eine zweite Klasse von Bildfehlern, welche nach Erreichen eines Schwellwerts nach jeder weiteren Zeitdauer nur noch um einen zu vernachlässigenden Wert anwächst. In der DE102012212758A1 wird vorgeschlagen, die beiden Klassen von Bildfehlern zeitlich parallel mit Hilfe von Manipulatoren des Projektionsobjektivs zu justieren. Die Ermittlung der ersten bzw. zweiten Bildfehler kann durch Messung oder durch Vorhersage aus einem Vorhersagemodell gewonnen werden.
Mit Hilfe von Manipulatoren lassen sich jedoch typischerweise nicht alle Aberrationen eines Projektionsobjektivs bzw. eines Lithographiesystems korrigieren, die über die Betriebsdauer der optischen Elemente entstehen.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Verringern von über die Betriebsdauer des optischen Elements variierenden Aberrationen, ein optisches Element und eine Anlage der Halbleitertechnologie mit mindestens einem solchen optischen Element bereitzustellen.
Gegenstand der Erfindung
Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt gelöst durch ein Verfahren zum Verringern von Aberrationen eines optischen Elements, umfassend: Bestimmen einer über die Betriebsdauer des optischen Elements zu erwartenden zeitlichen Veränderung einer optischen Eigenschaft des optischen Elements, insbesondere einer zeitlichen Veränderung einer Passe einer Oberfläche eines Substrats des optischen Elements, wobei die zeitliche Veränderung der optischen Eigenschaft über die Betriebsdauer des optischen Elements variierende Aberrationen verursacht, sowie Verringern der über die Betriebsdauer des optischen Elements variierenden Aberrationen durch Erzeugen eines Vorhalts, insbesondere eines Passe-Vorhalts, der zumindest einen Anteil der gesamten über die Betriebsdauer zu erwartenden zeitlichen Veränderung der optischen Eigenschaft kompensiert.
Bei dem hier beschriebenen Verfahren wird zunächst die über die Betriebsdauer des optischen Elements zu erwartende zeitliche Veränderung einer optischen Eigenschaft des optischen Elements bestimmt. Bei der optischen Eigenschaft kann es sich beispielsweise um die weiter oben beschriebene Passe bzw. Oberflächenform des optischen Elements handeln, es kann sich bei der zeitlichen Veränderung - insbesondere bei optischen Elementen in Form von Linsen - aber auch um eine zeitliche Veränderung der Brechzahl oder um eine zeitliche Veränderung der Spannungsdoppelbrechung handeln.
Ist die zu erwartende zeitliche Veränderung der optischen Eigenschaft über die Betriebsdauer bekannt, können die über die Betriebsdauer des optischen Elements variierenden Aberrationen verringert werden. Hierbei wird ausgenutzt, dass die zeitliche Veränderung der optischen Eigenschaft über die Betriebsdauer des optischen Elements typischerweise entweder zunimmt oder abnimmt, wobei die zeitliche Veränderung nicht zwingend irreversibel ist. Es ist möglich, die zeitliche Veränderung der optischen Eigenschaft über die Betriebsdauer des optischen Elements zumindest teilweise durch das Erzeugen eines Vorhalts zu kompensieren, welcher der zeitlichen Veränderung entgegenwirkt. Beispielsweise kann bei einer zeitlichen Veränderung der Passe, die auf eine lokale Vergrößerung der Dicke des Substrats des optischen Elements zurückzuführen ist, der Vorhalt in einer lokalen Verringerung der Dicke des Substrats bestehen, der die lokale Vergrößerung der Dicke des Substrats zumindest teilweise kompensiert.
Abhängig von der Art und Weise, wie der Vorhalt erzeugt wird, sowie abhängig von dem Effekt, durch welchen die zeitliche Veränderung der optischen Eigenschaft hervorgerufen wird, ist ggf. eine vollständige Kompensation der zeitlichen Veränderung der optischen Eigenschaft über die Betriebsdauer des optischen Elements möglich. In diesem Fall können durch den Vorhalt die Aberrationen über die Betriebsdauer des optischen Elements ggf. vollständig kompensiert werden, weil über die Betriebsdauer keine zeitliche Veränderung der optischen Eigenschaft mehr auftritt. Eine Kompensation der gesamten zeitlichen Veränderung der optischen Eigenschaft über die Betriebsdauer des optischen Elements ist aber nicht in jedem Fall möglich.
Bei einer Variante des Verfahrens kompensiert der Vorhalt einen vorgegebenen Anteil, insbesondere einen Anteil von 50%, der gesamten über die Betriebsdauer des optischen Elements zu erwartenden zeitlichen Veränderung der optischen Eigenschaft. Bei dieser Variante wird bei der Herstellung des optischen Elements oder ggf. zu einem späteren Zeitpunkt (s.u.) in der Regel durch einen Passe-Vorhalt ein Zustand des optischen Elements erzeugt, der so gewählt ist, dass zu einem Zeitpunkt, an dem 50% der gesamten über die Betriebsdauer des optischen Elements zu erwartenden zeitlichen Veränderung der optischen Eigenschaft eingetreten ist, die Oberfläche des Substrats gerade die Soll-Oberflächenform aufweist. Entsprechend sind bei diesem Zeitpunkt die Aberrationen des optischen Elements minimal. Vor diesem Zeitpunkt nehmen die Aberrationen ab und nach diesem Zeitpunkt nehmen die Aberrationen zu, allerdings halbiert sich durch den Passe-Vorhalt der Betrag der Aberrationen über die Betriebsdauer des optischen Elements, d.h. der maximale negative Effekt der Aberrationen reduziert sich gegenüber dem Fall, dass bei der Herstellung eine Soll-Oberflächenform des optischen Elements ohne den Passe-Vorhalt erzeugt wird, um die Hälfte. Es versteht sich, dass der Zeitpunkt, bei dem 50% der zeitlichen Veränderung der optischen Eigenschaft erreicht ist, in der Regel nicht der halben Betriebsdauer des optischen Elements entspricht, da die zeitliche Veränderung der optischen Eigenschaft in der Regel nicht proportional zur Betriebsdauer ist und insbesondere nicht linear mit der Betriebsdauer zunimmt oder abnimmt.
Es versteht sich, dass nicht zwingend ein Anteil von 50% der gesamten zeitlichen Veränderung der optischen Eigenschaft kompensiert werden muss, sondern dass auch ein anderer Anteil der zeitlichen Veränderung durch den Vorhalt kompensiert werden kann. Beispielsweise können geringere Aberrationen bzw. eine bessere Abbildungsqualität zu Beginn der Betriebsdauer erreicht werden, indem für den Vorhalt ein früherer Zeitpunkt ausgewählt wird, bei dem beispielsweise lediglich 20% oder 30% gesamten zeitlichen Veränderung über die Betriebsdauer kompensiert werden. Um die Anpassung der Passe durch den Passe-Vorhalt möglichst gering zu halten, sollten die Anteile der Aberrationen, die durch andere Korrekturmechanismen des optischen Systems, in welche das optische Element im Betrieb integriert ist, z.B. in ein Projektionsobjektiv eines Lithographiesystems, weggelassen werden, d.h. nicht bei dem Passe-Vorhalt berücksichtigt werden.
Bei einer Variante wird der Passe-Vorhalt durch eine Oberflächenbearbeitung des Substrats erzeugt, die ein materialabtragendes Bearbeiten der Oberfläche des Substrats und/oder ein Bestrahlen des Substrats, insbesondere mit nachfolgendem Tempern des Substrats, umfasst. Die Erzeugung des Passe- Vorhalts bzw. die Passekorrektur kann z.B. durch direkten Materialabtrag erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann der Passe-Vorhalt durch eine Kompaktierung des Materials des Substrats im Volumen, ggf. mit nachfolgendem Tempern, erzeugt werden, wie dies beispielsweise in der eingangs zitierten DE102018211596A1 beschrieben ist, die durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht wird. Auch andere aus der Literatur bekannte Maßnahmen zur Passekorrektur sind möglich, beispielsweise gezielt eingebrachte (Schicht-)Spannungen, lonenstrahlbearbeiten, Kompensation auf geeignet in dem optischen System, in dem das optische Element angeordnet ist, angeordneten anderen optischen Elementen (s.u.) oder ggf. - zumindest teilweise - die Verwendung von zu diesem Zweck vorhandenen Aktuatoren bzw. Manipulatoren, vgl. beispielsweise die eingangs zitierte DE102012212758A1 , die durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht wird.
Bei einer weiteren Variante wird der Passe-Vorhalt durch eine Oberflächenbearbeitung einer Oberfläche eines Substrats eines anderen optischen Elements des Lithographiesystems erzeugt. Wie weiter oben beschrieben wurde, kann der Passe-Vorhalt auch an einem oder mehreren anderen optischen Elementen eines optischen Systems, im vorliegenden Fall eines Lithographiesystems, vorgenommen werden. Bevorzugt weist das andere optische Element ein zu dem optischen Element vergleichbares Subaperturverhältnis auf. Die Oberflächenbearbeitung an dem oder den anderen optischen Elementen kann auf die weiter oben beschriebene Weise durchgeführt werden.
Um die zeitliche Veränderung der optischen Eigenschaft über die Betriebsdauer - teilweise - zu kompensieren, ist eine genaue Information über den zeitlichen Verlauf sowie die räumliche Ausprägung (s.u.) der optischen Eigenschaft, beispielsweise über die zeitliche Veränderung der Passe erforderlich, die einer zeitlicher veränderlichen lokalen Deformation der Oberfläche des optischen Elements entspricht. Die Methoden, mit denen diese Information gewonnen werden kann, lassen sich in zwei Gruppen aufteilen: Messung und Simulation, wobei auch eine Kombination beider Methoden möglich ist.
Bei einer Variante wird die über die Betriebsdauer des optischen Elements zu erwartende zeitliche Veränderung der optischen Eigenschaft auf Grundlage mindestens einer Messung bestimmt. Die zeitliche Veränderung der mindestens einen optischen Eigenschaft über die Betriebsdauer des optischen Elements, die nachfolgend auch als Langzeitveränderung bezeichnet wird, kann durch eine vorherige Messung der ggf. zeitlich veränderlichen Rate der zeitlichen Veränderung, sowie deren räumliche Ausprägung (s.u.), etwa in einem Sättigungsverhalten, vorhergesagt werden. Dies ist beispielsweise möglich, wenn die zeitliche Veränderung bzw. die Rate über die Fertigungsdauer und die Betriebsdauer des optischen Elements zeitlich konstant ist. In diesem Fall ist es erforderlich, dass die Messung eine Abschätzung der Langzeitveränderung der optischen Eigenschaft über die Betriebsdauer des optischen Elements ermöglicht.
Eine solche Messung kann realisiert werden, indem in einem Versuchsaufbau unter kontrollierten Bedingungen zu mehreren Zeitpunkten jeweils eine Messung durchgeführt wird und diese Zeitreihe eine eindeutige Extrapolation in die Zukunft zulässt. Wesentlich ist hierbei die Lagerung des optischen Elements zwischen den einzelnen Messungen. Die Lagerung des optischen Elements sollte bei konstant gehaltener Normalatmosphäre erfolgen. Des Weiteren ist es typsicherweise erforderlich, dass durch die Lagerung sichergestellt ist, dass die Effekte der Langzeitveränderung der optischen Eigenschaft nicht verfälscht werden. Dies betrifft vor allem, aber nicht ausschließlich die Langzeitveränderung der Passe, die auf eine Krafteinwirkung zurückzuführen ist.
Für den Fall, dass die Langzeitveränderung der optischen Eigenschaft über die Fertigungs- und Betriebsdauer nicht konstant ist, kann grundsätzlich ebenfalls der weiter oben beschriebene Ansatz verwendet werden, es ist aber ggf. auch möglich, den Zustand der optischen Eigenschaft während der Betriebsdauer des optischen Elements direkt zu messen. Dies ist beispielsweise möglich, wenn die Langzeitveränderung der Passe durch eine gravitative Krafteinwirkung oder durch einen anderen Effekt erzeugt wird, der beim Verbringen des optischen Elements in seine finale Betriebsposition, in der das optische Element über seine Betriebsdauer verbleibt, zurückgesetzt wird und ab diesem Zeitpunkt erneut auf das optische Element einwirkt.
In Bezug auf die gravitative Krafteinwirkung ist es aus der DE102017216458A1 bekannt, dass ein Unterschied zwischen der Gravitationskonstante am Herstellort und an der Einsatzposition eines Spiegels durch einen Passe- Vorhalt bei der Herstellung des Spiegels berücksichtigt werden kann. Bei dem Passe-Vorhalt wird jedoch die auf der gravitativen Krafteinwirkung beruhende Langzeitveränderung der Passe des Spiegels nicht berücksichtigt.
Bei einer Weiterbildung der oben beschriebenen Variante erfolgt das Erzeugen des Vorhalts nach dem Ablauf einer Wartezeit von mindestens 10 Tagen, bevorzugt von mindestens 40 Tagen, insbesondere von mindestens 100 Tagen seit einer letzten Bearbeitung des optischen Elements, wobei nach dem Ablauf der Wartezeit eine Messung der zeitlich veränderlichen optischen Eigenschaft durchgeführt wird und anhand der Messung die Größe des Vorhalts ermittelt wird. Bei dieser Variante wird wie weiter oben beschrieben wurde die Messung erst durchgeführt, wenn eine vorgegebene Wartezeit nach der letzten Bearbeitung des optischen Elements in der Fertigung verstrichen ist. Die Wartezeit wird hierbei so gewählt, dass nach dem Ablauf der Wartezeit ein nicht vernachlässigbarer Anteil der gesamten über die Betriebsdauer des optischen Elements zu erwartenden zeitabhängigen Veränderung der optischen Eigenschaft eingetreten ist.
Bei einer weiteren Weiterbildung der oben beschriebenen Variante erfolgt das Erzeugen des Vorhalts nach dem Ablauf einer Wartezeit von mindestens 10 Tagen, bevorzugt von mindestens 40 Tagen, insbesondere von mindestens 100 Tagen seit der letzten Bearbeitung des optischen Elements, wobei zu einem Zeitpunkt vor und zu einem Zeitpunkt nach dem Ablauf der Wartezeit jeweils eine Messung der zeitlich veränderlichen optischen Eigenschaft erfolgt und anhand einer Differenz der beiden Messungen und anhand einer modellbasierten zu erwartenden zeitlichen Veränderung der optischen Eigenschaft die Größe des Vorhalts ermittelt wird.
Bei den oben beschriebenen Varianten kann bei einer Betriebsdauer des optischen Elements von ca. 10 Jahren und einer zeitlichen Veränderung der optischen Eigenschaft mit einem zeitlich logarithmischen Verlauf, wie sie beispielsweise durch eine gravitative Krafteinwirkung hervorgerufen wird, bereits nach ca. 100 Tagen 50% der zeitlichen Veränderung der optischen Eigenschaft, beispielsweise in Form der zeitlichen Veränderung der Passe, erreicht werden. Dieser Zustand kann durch eine gezielte Lagerung des optischen Elements noch in der Fertigung direkt gemessen werden. In diesem Fall kann ein Passe-Vorhalt erzeugt werden, der so gewählt ist, dass zum Zeitpunkt der Messung bzw. kurz nach dem Zeitpunkt der Messung die Soll- Oberflächenform erreicht wird, bei der die Aberrationen des optischen Elements minimal sind. Durch das Bringen in seine finale Betriebsposition ergibt sich die Soll-Oberflächenform des optischen Elements nach derselben Wartezeit innerhalb der Betriebsdauer erneut.
Durch das Fehlen der Extrapolation sollte die hier beschriebene Methode genauer sein als die weiter oben beschriebene Methode, wobei die Genauigkeit insbesondere von der Qualität der Lagerung abhängig ist. Unabhängig von der gewählten Messstrategie ist es typischerweise erforderlich, dass die aus der Langzeitveränderung der optischen Eigenschaft resultierenden Aberrationen bzw. Wellenfrontstörungen im RMS-Wert, z.B. im RMS5, d.h. im quadratischen Mittel der Wellenfront-Zernike 5 bis 36 sowie 49, genauer als 100 pm, bevorzugt genauer als 30 pm, insbesondere genauer als 10 pm, vorhergesagt werden.
Bei einer weiteren Variante wird die über die Betriebsdauer des optischen Elements zu erwartende zeitliche Veränderung der optischen Eigenschaft auf Grundlage einer modellbasierten Simulation bestimmt, die bevorzugt Finite- Elemente-Berechnungen umfasst. Die Langzeitveränderung bzw. die Rate der Veränderung über die Betriebsdauer des optischen Elements kann durch geeignete Modelle und Simulationstechniken, z.B. durch die Finite-Elemente- Methode, vorhergesagt werden. Dabei ist es typischerweise ebenfalls erforderlich, die aus der Langzeitveränderung über die Betriebsdauer resultierenden Aberrationen bzw. Wellenfrontstörungen im RMS5 genauer als 100 pm, bevorzugt genauer als 30 pm, insbesondere genauer als 10 pm, vorherzusagen. Die Genauigkeit der Simulation kann durch dedizierte Kalibriermessungen erhöht werden, die dazu verwendet werden, die Modellparameter der Finite-Elemente-Rechnungen zu ermitteln.
Bei einer weiteren Variante bildet das optische Element eines der drei optischen Elemente des Lithographiesystems, deren Substrate das größte Volumen aufweisen. Die Korrektur von Langzeitveränderungen der optischen Eigenschaften von optischen Elementen, die ein Substrat mit einem im Vergleich zu anderen optischen Elementen großen Volumen aufweisen, hat sich als vorteilhaft erwiesen.
Bei einer weiteren Variante kompensiert der Vorhalt einen Anteil von mindestens 20%, bevorzugt von mindestens 30%, insbesondere von mindestens 50% der über die Betriebsdauer des optischen Elements variierenden Aberrationen, die durch die zeitliche Veränderung der optischen Eigenschaft über die Betriebsdauer des optischen Elements verursacht werden. Wie weiter oben beschrieben wurde, können für den Fall, dass der Vorhalt so gewählt wird, dass ein Anteil von ca. 50% der zu erwartenden zeitlichen Veränderung der optischen Eigenschaft kompensiert wird, in der Regel die über die Betriebsdauer des optischen Elements variierenden Aberrationen ungefähr halbiert werden. Bei einer weiteren Variante wird die zeitliche Veränderung der optischen Eigenschaft durch mindestens einen der folgenden Effekte hervorgerufen: Thermische Hysterese, mechanische Hysterese, Volumenschrumpf, entspannende Material-Kompaktierung, beispielsweise nach der weiter oben beschriebenen Bestrahlung mit anschließendem Tempern, sowie strahlungsinduzierte Kompaktierung („compaction“ oder ggf. „rarefaction“) des Materials des Substrats. Die mechanische Hysterese des Materials des Substrats, die auch als verzögerte Elastizität bezeichnet wird, kann beispielsweise bei einer Langzeitveränderung der Passe durch eine Krafteinwirkung der Gravitation eine Rolle spielen. Es versteht sich, dass die obige Aufzählung nicht abschließend ist. Weitere Effekte, welche über die Betriebsdauer des optischen Elements variierende Aberrationen hervorrufen, sind beispielsweise zeitliche Veränderungen der Oberflächenschichtspannungen, etc.
Bei einer Variante variiert die optische Eigenschaft ortsabhängig, die zu erwartende zeitliche Veränderung der optischen Eigenschaft wird ortsabhängig bestimmt und durch den Vorhalt wird die Veränderung der optischen Eigenschaft ortsabhängig korrigiert. Zusätzlich zur zeitlichen Veränderung variiert die optische Eigenschaft in der Regel auch ortsabhängig. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn es sich bei der optischen Eigenschaft um die Passe, d.h. um die Oberflächenform, der optischen Oberfläche des Substrats handelt. In diesem Fall wird ein ortsabhängig über die Oberfläche des Substrats variierender Passe-Vorhalt erzeugt, um die ortsabhängig variierende Deformation der Oberfläche des Substrats teilweise zu kompensieren.
Bei einer Variante bildet das optische Element einen EUV-Spiegel und das Substrat des EUV-Spiegels besteht bevorzugt ganz oder teilweise aus einem Nullausdehnungs-Matenal. Bei dem Nullausdehnungs-Matenal kann es sich beispielsweise um titandotiertes Quarzglas oder um eine Glaskeramik handeln. Diese Materialien weisen bei einer bestimmten Temperatur, die als Nulldurchgangs-Temperatur bezeichnet wird, einen Nulldurchgang des Wärmeausdehnungskoeffizienten auf.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein optisches Element, bevorzugt einen Spiegel, insbesondere einen EUV-Spiegel, wobei das optische Element Aberrationen aufweist, die über eine Betriebsdauer des optischen Elements zeitlich variieren, wobei die Aberrationen ausgehend vom Beginn der Betriebsdauer des optischen Elements bis zu einem vorgegebenen Zeitpunkt abnehmen, an dem die Aberrationen minimal sind und nach dem vorgegebenen Zeitpunkt wieder zunehmen, wobei der vorgegebene Zeitpunkt bevorzugt zwischen 100 Tagen und 8 Jahren, besonders bevorzugt zwischen 200 Tagen und 6 Jahren, insbesondere zwischen 2 Jahren und 4 Jahren liegt. Unter dem Beginn der Betriebsdauer wird derjenige Zeitpunkt verstanden, bei dem der Spiegel in einer Anordnung der Mikrolithographie, beispielsweise in eine Lithographieanlage, in Betrieb genommen wird.
Das weiter oben beschriebene optische Element kann hergestellt werden, indem der weiter oben beschriebene Passe-Vorhalt an der Oberfläche eines Substrats des optischen Elements erzeugt wird. Für den Fall, dass es sich bei dem optischen Element um einen Spiegel handelt, ist auf die Oberfläche des Substrats, an welcher der Passe-Vorhalt erzeugt wird, eine reflektierende Beschichtung aufgebracht (s.o.).
Bei einer Ausführungsform weisen die Aberrationen zu dem vorgegebenen Zeitpunkt einen Wert von 100 pm oder weniger, bevorzugt von 30 pm oder weniger, besonders bevorzugt von 10 pm oder weniger auf. Die Aberrationen werden als Wellenfrontstörungen in Form eines jeweiligen RMS-Werts an allen Punkten der Oberfläche gemessen. Die oben angegebenen Werte beziehen sich auf denjenigen Punkt der Oberfläche, an dem die Aberrationen maximal sind. Die oben angegebenen Werte beziehen sich auf den RMS5-Wert, d.h. auf das quadratische Mittel der Wellenfront-Zernike 5 bis 36 sowie 49. Es versteht sich, dass das weiter oben beschriebene zeitliche Verhalten der Aberrationen erhalten bleibt, wenn zur Bestimmung der Aberrationen ein anderes geeignetes Maß verwendet wird, beispielsweise in Form einer quadratischen Mittelung über andere Zernike-Polynome bzw. Zernike-Koeffizienten.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Anlage der Halbleitertechnologie, insbesondere eine EUV-Lithographieanlage, die mindestens ein solches optisches Element aufweist. Bei der Anlage der Halbleitertechnologie kann es sich um eine EUV-Lithographieanlage zur Belichtung eines Wafers oder um eine andere Anlage der Halbleitertechnologie handeln, beispielsweise um ein Inspektionssystem, z.B. zur Inspektion von in der Lithographie verwendeten Masken, Wafern oder dergleichen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele sind in der schematischen Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigt
Fig. 1 schematisch im Meridionalschnitt eine Projektionsbelichtungsanlage für die EUV-Projektionslithografie,
Fig. 2a eine schematische Darstellung eines EUV-Spiegels der Projektionsbelichtungsanlage von Fig. 1 zu einem ersten Zeitpunkt, zu dem der EUV-Spiegel zur Erzeugung eines Passe- Vorhalts bestrahlt wird,
Fig. 2b eine schematische Darstellung des EUV-Spiegels zu einem zweiten Zeitpunkt, bei dem durch eine zeitliche Veränderung der Passe aufgrund der Einwirkung der Gravitationskraft eine Soll- Oberflächenform der Oberfläche des Spiegels erreicht wird,
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Langzeitveränderung der Passe des Spiegels von Fig. 2a, b aufgrund der Einwirkung der Gravitationskraft, sowie
Fig. 4 eine schematische Darstellung von aufgrund der Langzeitveränderung der Passe zeitlich variierenden Aberrationen des EUV-Spiegels.
In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen werden für gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile identische Bezugszeichen verwendet.
Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf Fig. 1 exemplarisch die wesentlichen Bestandteile einer Anlage für die Halbleitertechnologie in Form einer Projektionsbelichtungsanlage 1 für die Mikrolithographie, genauer gesagt für die EUV-Lithographie, beschrieben. Die Beschreibung des grundsätzlichen Aufbaus der Projektionsbelichtungsanlage 1 sowie von deren Bestandteilen ist hierbei nicht einschränkend zu verstehen.
Eine Ausführung eines Beleuchtungssystem 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 separates Modul bereitgestellt sein. In diesem Fall umfasst das Beleuchtungssystem die Lichtquelle 3 nicht.
Beleuchtet wird ein im Objektfeld 5 angeordnetes Retikel 7. Das Retikel 7 ist von einem Retikelhalter 8 gehalten. Der Retikelhalter 8 ist über einen Retikelverlagerungsantrieb 9 insbesondere in einer Scanrichtung verlagerbar.
In Fig. 1 ist zur Erläuterung ein kartesisches xyz-Koordinatensystem eingezeichnet. Die x-Richtung verläuft senkrecht zur Zeichenebene hinein. Die y-Richtung verläuft horizontal und die z-Richtung verläuft vertikal. Die Scanrichtung verläuft in der Fig. 1 längs der y-Richtung. Die z-Richtung verläuft senkrecht zur Objektebene 6.
Die Projektionsbelichtungsanlage 1 umfasst ein Projektionssystem 10. Das Projektionssystem 10 dient zur Abbildung des Objektfeldes 5 in ein Bildfeld 11 in einer Bildebene 12. Abgebildet wird eine Struktur auf dem Retikel 7 auf eine lichtempfindliche Schicht eines im Bereich des Bildfeldes 11 in der Bildebene 12 angeordneten Wafers 13. Der Wafer 13 wird von einem Waferhalter 14 gehalten. Der Waferhalter 14 ist über einen Waferverlagerungsantrieb 15 insbesondere längs der y-Richtung verlagerbar. Die Verlagerung einerseits des Retikels 7 über den Retikelverlagerungsantrieb 9 und andererseits des Wafers 13 über den Waferverlagerungsantrieb 15 kann synchronisiert zueinander erfolgen.
Bei der Strahlungsquelle 3 handelt es sich um eine EUV-Strahlungsquelle. Die Strahlungsquelle 3 emittiert insbesondere EUV-Strahlung 16, welche im Folgenden auch als Nutzstrahlung, Beleuchtungsstrahlung oder Beleuchtungslicht bezeichnet wird. Die Nutzstrahlung hat insbesondere eine Wellenlänge im Bereich zwischen 5 nm und 30 nm. Bei der Strahlungsquelle 3 kann es sich um eine Plasmaquelle handeln, zum Beispiel um eine LPP-Quelle (Laser Produced Plasma, mithilfe eines Lasers erzeugtes Plasma) oder um eine DPP-Quelle (Gas Discharged Produced Plasma, mittels Gasentladung erzeugtes Plasma). Es kann sich auch um eine synchrotronbasierte Strahlungsquelle handeln. Bei der Strahlungsquelle 3 kann es sich um einen Freie-Elektronen-Laser (Free-Electron-Laser, FEL) handeln.
Die Beleuchtungsstrahlung 16, die von der Strahlungsquelle 3 ausgeht, wird von einem Kollektorspiegel 17 gebündelt. Bei dem Kollektorspiegel 17 kann es sich um einen Kollektorspiegel mit einer oder mit mehreren ellipsoidalen und/oder hyperboloiden Reflexionsflächen handeln. Die mindestens eine Reflexionsfläche des Kollektorspiegels 17 kann im streifenden Einfall (Grazing Incidence, Gl), also mit Einfallswinkeln größer als 45°, oder im normalen Einfall (Normal Incidence, NI), also mit Einfallwinkeln kleiner als 45°, mit der Beleuchtungsstrahlung 16 beaufschlagt werden. Der Kollektorspiegel 17 kann einerseits zur Optimierung seiner Reflektivität für die Nutzstrahlung und andererseits zur Unterdrückung von Falschlicht strukturiert und/oder beschichtet sein.
Nach dem Kollektorspiegel 17 propagiert die Beleuchtungsstrahlung 16 durch einen Zwischenfokus in einer Zwischenfokusebene 18. Die Zwischenfokusebene 18 kann eine Trennung zwischen einem Strahlungsquellenmodul, aufweisend die Strahlungsquelle 3 und den Kollektorspiegel 17, und der Beleuchtungsoptik 4 darstellen.
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 Nutzlichtwellenlänge der Beleuchtungsstrahlung 16 von Falschlicht einer hiervon abweichenden Wellenlänge trennt. Der erste Facettenspiegel 20 umfasst eine Vielzahl von einzelnen ersten Facetten 21 , welche im Folgenden auch als Feldfacetten bezeichnet werden. Von diesen Facetten 21 sind in der Fig. 1 nur beispielhaft einige dargestellt. Im Strahlengang der Beleuchtungsoptik 4 ist dem ersten Facettenspiegel 20 nachgeordnet ein zweiter Facettenspiegel 22. Der zweite Facettenspiegel 22 umfasst eine Mehrzahl von zweiten Facetten 23.
Die Beleuchtungsoptik 4 bildet somit ein doppelt facettiertes System. Dieses grundlegende Prinzip wird auch als Wabenkondensor (Fly's Eye Integrator) bezeichnet. 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.
Das Projektionssystem 10 umfasst eine Mehrzahl von Spiegeln Mi, welche gemäß ihrer Anordnung im Strahlengang der Projektionsbelichtungsanlage 1 durchnummeriert sind.
Bei dem in der Fig. 1 dargestellten Beispiel umfasst das Projektionssystem 10 sechs Spiegel M1 bis M6. Alternativen mit vier, acht, zehn, zwölf oder einer anderen Anzahl an Spiegeln Mi sind ebenso möglich. Der vorletzte Spiegel M5 und der letzte Spiegel M6 haben jeweils eine Durchtrittsöffnung für die Beleuchtungsstrahlung 16. Bei dem Projektionssystem 10 handelt es sich um eine doppelt obskurierte Optik. Die Projektionsoptik 10 hat eine bildseitige numerische Apertur, die größer ist als 0,4 oder 0,5 und die auch größer sein kann als 0,6 und die beispielsweise 0,7 oder 0,75 betragen kann.
Die Spiegel Mi können, genauso wie die Spiegel der Beleuchtungsoptik 4, eine hoch reflektierende Beschichtung für die Beleuchtungsstrahlung 16 aufweisen. Fig. 2a, b zeigen einen Spiegel Mi der Projektionsoptik 10 von Fig. 1. Der Spiegel Mi weist ein Substrat 24 aus einem Nullausdehnungs-Matenal auf, bei dem es sich im gezeigten Beispiel um titandotiertes Quarzglas handelt. Auf eine Oberfläche 24a des Substrats 24 ist eine reflektierende Beschichtung 25 aufgebracht, die aus alternierenden Schichten aus einem hochbrechenden und einem niedrigbrechenden Material gebildet ist. Bei den Materialien handelt es sich im gezeigten Beispiel, bei dem die Nutzwellenlänge bei 13,5 nm liegt, um Silizium und Molybdän.
Wie in Fig. 2a zu erkennen ist, weist die Oberfläche 24a des Substrats 24 eine von der Position x, y an der Oberfläche 24a abhängige Soll-Oberflächenform auf, die auch als Passe P(x, y) bezeichnet wird. Zur Vereinfachung wird nachfolgend davon ausgegangen, dass die Soll-Passe P(x, y), d.h. die Soll- Oberflächenform, über die Oberfläche 24a konstant ist, d.h. bei der Soll- Oberflächenform der Oberfläche 24a des Substrats 24 handelt es sich um eine plane Oberfläche 24a. Die Passe P(x,y) der Oberfläche 24a des Spiegels Mi kann sich über die Betriebsdauer T (vgl. Fig. 3) des Spiegels Mi in der Projektionsbelichtungsanlage 1 aufgrund von unterschiedlichen Effekten zeitlich verändern.
In Fig. 3 ist beispielhaft eine zeitliche Veränderung AP der über die Oberfläche 24a gemittelten Passe P (in beliebigen Einheiten) in Abhängigkeit von der Zeit t (in Tagen) dargestellt, die auf eine gravitationsbedingte Deformation des Substrats 24 zurückzuführen ist. Wie in Fig. 3 ebenfalls zu erkennen ist, nimmt die zeitliche Veränderung AP der Passe P, die der Deformation der Oberfläche 24a des Substrats 24 entspricht, über die Betriebsdauer T des Spiegels Mi auf einer logarithmischen Zeitskala linear zu.
Die Betriebsdauer T ist in Fig. 3 durch eine gepunktete Linie angedeutet und bezeichnet die Zeitdauer, über die die optische Abbildungsqualität des Spiegels Mi optimal sein sollte und somit die Aberrationen minimal sein sollten. Im gezeigten Beispiel liegt die Betriebsdauer T in einem Zeitraum zwischen drei Tagen ab dem Einbau des Spiegels Mi in die Projektionsoptik 10 (zum Zeitpunkt ti , der z.B. einen Tag oder einen deutlich längeren Zeitraum nach Herstellung des Spiegels Mi liegen kann) und zehn Jahren. Um die in Fig. 4 dargestellten, auf die zeitliche Veränderung AP der Passe P zurückzuführenden variierenden Aberrationen A bzw. Wellenfrontfehler teilweise zu kompensieren, ist es möglich, einen vorgegebenen Anteil der über die Betriebsdauer T des optischen Elements Mi zu erwartenden gesamten zeitlichen Veränderung APtot der Passe P zu kompensieren. Dieser vorgegebene Anteil liegt bei dem in Fig. 3 gezeigten Beispiel bei 50% der gesamten über die Betriebsdauer T zu erwartenden zeitlichen Veränderung APtot der Passe P. Wie in Fig. 3 zu erkennen ist, liegt der Zeitpunkt t2, bei dem der Anteil der gesamten zeitlichen Veränderung APtot der Passe P über die Betriebsdauer T des Spiegels Mi einen Wert von 50% erreicht, bei 100 Tagen.
Die Kompensation, die in Form eines Passe-Vorhalts APv erzeugt wird, kann zu oder vor dem Zeitpunkt ti vorgenommen werden, der dem Zeitpunkt des Einbaus des Spiegels Mi in die Projektionsbelichtungsanlage 1 entspricht, und vor dem Beginn der Betriebsdauer T des Spiegels Mi liegt. Der in Fig. 2a für eine vorgegebene Position x,y an der Oberfläche 24a des Substrats 24 dargestellte Passe-Vorhalt APv führt dazu, dass der Spiegel Mi zum Zeitpunkt t2 seine optimale Oberflächenform bzw. Passe P(x,y) annimmt, wie dies in Fig. 2b zu erkennen ist.
Wie in Fig. 4 gezeigt ist, nehmen aufgrund des Passe-Vorhalts APv die Aberrationen A des Spiegels Mi zunächst ab, weil der in Fig. 2a gezeigte Passe-Vorhalt APv sich durch die einwirkende Gravitationskraft verringert, bis der zweite Zeitpunkt t2 erreicht ist, bei dem die Aberrationen A minimal sind und die Oberfläche 24a die in Fig. 2b gezeigte plane Soll-Oberflächenform annimmt. Nach dem zweiten Zeitpunkt t2 bis zum Ende der Betriebsdauer T des Spiegels Mi nehmen die Aberrationen A des Spiegels Mi wieder zu, da die Oberfläche 24a sich aufgrund der Einwirkung der Gravitationskraft weiter verformt, da sich das Substrat 24 weiter ausdehnt.
Durch die Kompensation mit Hilfe des Passe-Vorhalts APv kann die Größe der Veränderung AA der Aberrationen A über die Betriebsdauer T des Spiegels Mi jedoch gegenüber dem Fall, dass keine solche Kompensation erfolgt, praktisch halbiert werden, d.h. es werden durch den Passe-Vorhalt APv ca. 50% der über die Betriebsdauer T des optischen Elements Mi variierenden Aberrationen A kompensiert.
Es versteht sich, dass auch ein anderer Anteil als 50% der gesamten zu erwartenden zeitlichen Veränderung APtot der Passe P über die Betriebsdauer T des Spiegels Mi auf die weiter oben beschriebene Weise kompensiert werden kann, beispielsweise ein Anteil von 30% oder von 40%.
Der Passe-Vorhalt APv wird durch eine Oberflächenbearbeitung des Substrats 24 erzeugt, die im gezeigten Beispiel durch eine lokale Bestrahlung mit einem Elektronenstrahl 26 vorgenommen wird, der eine Kompaktierung im Volumen des Substrats 24 hervorruft, wie in Fig. 2a durch einen umrandeten Bereich 27 angedeutet ist. Die Kompaktierung führt zu einer Veränderung der Passe P(x,y) bzw. zu dem lokalen Passe-Vorhalt APv. Um einen lokalen Passe-Vorhalt APv an allen Positionen x, y der Oberfläche 24a zu erzeugen, wird eine Elektronenkanone 28, die zur Erzeugung des Elektronenstrahls 26 dient, über die Oberfläche 24a bewegt, wie durch einen Doppelpfeil angedeutet ist. An die Bestrahlung mit dem Elektronenstrahl 27 kann sich ein Temperschritt anschließen, der eine Dekompaktierung des Substrats 24 bewirkt, wie dies in der eingangs zitierten DE102018211596A1 beschrieben ist. Wie weiter oben beschrieben wurde, wird die Größe des lokalen Passe-Vorhalts APv zum Zeitpunkt ti so gewählt, dass zu einem vorgegebenen Zeitpunkt t2 die in Fig. 2b gezeigte plane Soll-Oberflächenform der Oberfläche 24a entsteht. Anstelle des Elektronenstrahls 26 kann auch ein lonenstrahl für die Oberflächenbearbeitung verwendet werden. Alternativ kann die Oberflächenbearbeitung durch ein materialabtragendes Verfahren erfolgen, beispielsweise durch Laserablation. Es ist auch möglich, den Passe-Vorhalt APv zur Verringerung der Aberrationen A an dem Spiegel Mi durch eine Oberflächenbearbeitung an einem anderen Spiegel Mj (j + i) der Projektionsoptik 10 zu erzeugen. Hierfür eignen sich insbesondere Spiegel Mj, die ein ähnliches Subaperturverhältnis wie der Spiegel Mi aufweisen.
Für die weiter oben beschriebene Verringerung der Aberrationen A ist es erforderlich, die über die Betriebsdauer T des optischen Elements Mi zu erwartende zeitliche Veränderung AP der Passe P mit möglichst großer Genauigkeit zu bestimmen. Die zu erwartende zeitliche Veränderung AP kann grundsätzlich durch eine Messung, eine Simulation oder durch eine Kombination aus einer Messung und einer Simulation bestimmt werden. Die zu erwartende zeitliche Veränderung AP kann an dem Spiegel Mi selbst oder an einem gleichartigen Spiegel Mi gemessen werden, der an derselben Einsatzposition in der Projektionsoptik 10 angeordnet wird.
Für den Fall, dass die zeitliche Veränderung AP über die Fertigungs- und Betriebsdauer T des Spiegels Mi konstant ist, kann durch eine Messung bzw. eine Mehrzahl von Messungen eine Abschätzung der zeitlichen Veränderung AP der Passe P über die Betriebsdauer T des Spiegels Mi vorgenommen werden. Zu diesem Zweck kann in einem Versuchsaufbau unter kontrollierten Bedingungen zu mehreren Zeitpunkten eine Messung durchgeführt werden, die eine eindeutige Extrapolation in die Zukunft zulässt.
Für den Fall, dass die zeitliche Veränderung AP der Passe P durch die weiter oben beschriebene gravitative Krafteinwirkung oder durch einen anderen Effekt erzeugt wird, der beim Verbringen des Spiegels Mi in seine finale Einsatzposition in der Projektionsoptik 10 zurückgesetzt wird und ab diesem Zeitpunkt ti erneut auf den Spiegel Mi einwirkt, der dauerhaft in der Einsatzposition verbleibt, existiert die Möglichkeit, den Zustand des Spiegels Mi bzw. die Passe P zu einem Zeitpunkt zu messen, der noch vor dem Zeitpunkt ti liegt. Der Zeitpunkt, zu dem die zeitliche Veränderung AP der Passe P gemessen wird, kann beispielsweise nach dem Ablauf einer Wartezeit von mindestens 10 Tagen, von mindestens 40 Tagen oder von mindestens 100 Tagen seit einer letzten Bearbeitung des optischen Elements Mi liegen und die Messung kann noch in der Fertigung durchgeführt werden. Da die zeitliche Veränderung AP der Passe P bei Einbau in die Projektionsoptik 10 zurückgesetzt wird, entspricht die Messung der zeitlichen Veränderung AP der Passe P bei einer Wartezeit von z.B. 100 Tagen nach der letzten Bearbeitung dem in Fig. 3 und Fig. 4 gezeigten Zeitpunkt t2 von 100 Tagen nach dem Zeitpunkt ti des Einbaus des Spiegels Mi in die Projektionsoptik 10. Anhand dieser Messung kann daher die Größe des Passe-Vorhalts APv ermittelt werden, der nachfolgend an der Oberfläche 24a des Spiegels Mi erzeugt wird. Der Passe-Vorhalt APv kompensiert in diesem Fall die zeitliche Veränderung AP der Passe P bis zum Zeitpunkt t2, d.h. es wird ebenfalls die in Fig. 2b gezeigte plane Soll-Oberflächenform erzeugt.
Es ist auch möglich, dass das Erzeugen des Vorhalts APv nach dem Ablauf einer Wartezeit von mindestens 10 Tagen, von mindestens 40 Tagen oder von mindestens 100 Tagen seit der letzten Bearbeitung des optischen Elements Mi erfolgt, wobei zu einem Zeitpunkt vor und zu einem Zeitpunkt nach dem Ablauf der Wartezeit jeweils eine Messung der zeitlichen Veränderung AP der Passe P(x,y) erfolgt und anhand einer Differenz der beiden Messungen und anhand einer modellbasierten zu erwartenden zeitlichen Veränderung AP der Passe P(x,y) die Größe des Passe-Vorhalts APv ermittelt wird.
Alternativ oder zusätzlich zu einer Messung kann die über die Betriebsdauer T des optischen Elements Mi zu erwartende zeitliche Veränderung AP der Passe P(x,y) auf Grundlage einer modellbasierten Simulation bestimmt werden, die z.B. auf Finite-Elemente-Berechnungen beruht, deren Modellparameter durch Kalibrationsmessungen ermittelt werden können.
Bei dem Spiegel Mi, an dem der weiter oben beschriebene Passe-Vorhalt AP erzeugt, wird handelt es sich um einen der drei Spiegel Mi der Projektionsbelichtungsanlage 1 , genauer gesagt der Projektionsoptik 10, deren Substrate 24 das größte Volumen aufweisen.
Bei dem weiter oben beschriebenen Beispiel wurde die zeitliche Veränderung AP der Passe P(x,y) durch eine gravitative Krafteinwirkung bzw. eine mechanische Hysterese bzw. verzögerte Elastizität des Materials des Substrats 24 hervorgerufen. Die zeitliche Veränderung AP der Passe P(x,y) kann aber auch durch einen oder mehrere andere Effekte hervorgerufen werden, beispielsweise durch eine thermische Hysterese, einen Volumenschrumpf, eine entspannende Material-Kompaktierung oder eine strahlungsinduzierte Kompaktierung. Auch die zeitliche Veränderung von anderen optischen Eigenschaften als der Passe P(x,y) über die Betriebsdauer T des Spiegels Mi können auf die weiter oben beschriebene Weise zumindest teilweise kompensiert werden.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Verringern von Aberrationen (A) eines optischen Elements (Mi), insbesondere eines optischen Elements (Mi) in einem Lithographiesystem (1 ), umfassend:
Bestimmen einer über die Betriebsdauer (T) des optischen Elements (Mi) zu erwartenden zeitlichen Veränderung (AP) einer optischen Eigenschaft des optischen Elements (Mi), insbesondere einer zeitlichen Veränderung (AP) einer Passe (P(x,y)) einer Oberfläche (24a) eines Substrats (24) des optischen Elements (Mi), wobei die zeitliche Veränderung (AP) der optischen Eigenschaft über die Betriebsdauer (T) des optischen Elements (Mi) variierende Aberrationen (A) verursacht, sowie
Verringern der über die Betriebsdauer (T) des optischen Elements (Mi) variierenden Aberrationen (A) durch Erzeugen eines Vorhalts, insbesondere eines Passe-Vorhalts (APv), der zumindest einen Anteil der gesamten über die Betriebsdauer (T) zu erwartenden zeitlichen Veränderung (APtot) der optischen Eigenschaft (P(x,y)) kompensiert.
2. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Vorhalt (APv) einen vorgegebenen Anteil, insbesondere einen Anteil von 50%, der gesamten über die Betriebsdauer (T) des optischen Elements (Mi) zu erwartenden zeitlichen Veränderung (APtot) der optischen Eigenschaft (P(x,y)) kompensiert.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Passe-Vorhalt (APv) durch eine Oberflächenbearbeitung des Substrats (24) erzeugt wird, die ein materialabtragendes Bearbeiten der Oberfläche (24a) des Substrats (24) und/oder ein Bestrahlen des Substrats (24), insbesondere mit nachfolgendem Tempern des Substrats (24), umfasst.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Passe- Vorhalt (APv) durch eine Oberflächenbearbeitung einer Oberfläche eines Substrats eines anderen optischen Elements (Mj) des Lithographiesystems (1 ) erzeugt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die über die Betriebsdauer (T) des optischen Elements (Mi) zu erwartende zeitliche Veränderung (AP) der optischen Eigenschaft (P(x,y)) auf Grundlage mindestens einer Messung bestimmt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem das Erzeugen des Vorhalts (APv) nach dem Ablauf einer Wartezeit von mindestens 10 Tagen, bevorzugt von mindestens 40 Tagen, insbesondere von mindestens 100 Tagen seit einer letzten Bearbeitung des optischen Elements (Mi) erfolgt, wobei nach dem Ablauf der Wartezeit eine Messung der zeitlichen Veränderung (AP) der optischen Eigenschaft (P(x,y)) durchgeführt wird und anhand der Messung die Größe des Vorhalts (APv) ermittelt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem das Erzeugen des Vorhalts (APv) nach dem Ablauf einer Wartezeit von mindestens 10 Tagen, bevorzugt von mindestens 40 Tagen, insbesondere von mindestens 100 Tagen seit der letzten Bearbeitung des optischen Elements (Mi) erfolgt, wobei zu einem Zeitpunkt vor und zu einem Zeitpunkt nach dem Ablauf der Wartezeit jeweils eine Messung der zeitlichen Veränderung (AP) der optischen Eigenschaft (P(x,y)) erfolgt und anhand einer Differenz der beiden Messungen und anhand einer modellbasierten zu erwartenden zeitlichen Veränderung (AP) der optischen Eigenschaft (P(x,y)) die Größe des Vorhalts (APv) ermittelt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die über die Betriebsdauer (T) des optischen Elements (Mi) zu erwartende zeitliche Veränderung (AP) der optischen Eigenschaft (P(x,y)) auf Grundlage einer modellbasierten Simulation bestimmt wird, die bevorzugt Finite-Elemente- Berechnungen umfasst.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das optische Element eines der drei optischen Elemente (Mi) des Lithographiesystems (1 ) bildet, deren Substrate (24) das größte Volumen aufweisen.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Vorhalt (APv) einen Anteil von mindestens 20%, bevorzugt von mindestens 30%, insbesondere von mindestens 50% der über die Betriebsdauer (T) des optischen Elements (Mi) variierenden Aberrationen (A) kompensiert.
11 .Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die zeitliche Veränderung (AP) der optischen Eigenschaft (P(x,y)) durch mindestens einen der folgenden Effekte hervorgerufen wird: Thermische Hysterese, mechanische Hysterese, Volumenschrumpf, entspannende Material- Kompaktierung und strahlungsinduzierte Kompaktierung.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die optische Eigenschaft (P(x,y)) ortsabhängig variiert, bei dem die zu erwartende zeitliche Veränderung (AP) der optischen Eigenschaft (P(x,y)) ortsabhängig bestimmt wird und bei dem durch den Vorhalt (APv) die Veränderung der optischen Eigenschaft ortsabhängig korrigiert wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das optische Element (Mi) einen EUV-Spiegel bildet, wobei bevorzugt das Substrat (24) des EUV-Spiegels (Mi) ganz oder teilweise aus einem Nulldurchgangs-Matenal besteht.
14. Optisches Element (Mi), bevorzugt Spiegel, insbesondere EUV-Spiegel, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (Mi) Aberrationen (A) aufweist, die über eine Betriebsdauer (T) des optischen Elements (Mi) zeitlich variieren, wobei die Aberrationen (A) vom Beginn der Betriebsdauer (T) bis zu einem vorgegebenen Zeitpunkt (t2) abnehmen, an dem die Aberrationen (A) minimal sind und nach dem vorgegebenen Zeitpunkt (t2) wieder zunehmen, wobei der vorgegebene Zeitpunkt (t2) bevorzugt zwischen 100 Tagen und 8 Jahren, besonders bevorzugt zwischen 200 Tagen und 6 Jahren, insbesondere zwischen 2 Jahren und 4 Jahren liegt.
15. Optisches Element nach Anspruch 14, bei dem die Aberrationen (A) zu dem vorgegebenen Zeitpunkt (t2) einen Wert von 100 pm oder weniger, bevorzugt von 30 pm oder weniger, insbesondere von 10 pm oder weniger aufweisen.
16. Anlage der Halbleiterlithographie, insbesondere EUV-Lithographieanlage (1 ), umfassend: mindestens ein optisches Element (Mi) nach einem der Ansprüche 14 oder 15.
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