WO2004031854A2 - Beleuchtungssystem für eine wellenlänge ≤ 193 nm mit sensoren zur bestimmung der ausleuchtung - Google Patents

Beleuchtungssystem für eine wellenlänge ≤ 193 nm mit sensoren zur bestimmung der ausleuchtung Download PDF

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WO2004031854A2
WO2004031854A2 PCT/EP2003/010605 EP0310605W WO2004031854A2 WO 2004031854 A2 WO2004031854 A2 WO 2004031854A2 EP 0310605 W EP0310605 W EP 0310605W WO 2004031854 A2 WO2004031854 A2 WO 2004031854A2
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illumination
light source
light
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Martin Antoni
Johannes Wangler
Markus Weiss
Vadim Yevgenyevich Banine
Marcel Dierichs
Roel Moors
Karl-Heinz Schuster
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Carl Zeiss Smt Ag
Asml Netherlands B.V.
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    • G03F7/70558—Dose control, i.e. achievement of a desired dose

Definitions

  • Illumination system for a wavelength ⁇ 193 nm with sensors for determining the illumination
  • the invention relates to an illumination system for wavelengths ⁇ 193 nm with a light source which provides a predetermined illumination A in one plane.
  • the lighting system comprises a first optical component with first raster elements, which are arranged on a carrier element, the first optical component being arranged in or near the plane in which the illumination is provided.
  • the wavelength is preferably in the wavelength range ⁇ 100 nm, particularly preferably in the wavelength range that can be used for EUV lithography, i.e. in the range 11 to 14 nm, in particular at 13.5 nm.
  • EUV lithography is one of the most promising future lithography techniques. Wavelengths in the range of 11-14 nm, in particular 13.5 nm, with a numerical aperture of 0.2-0.3 are currently being discussed as wavelengths for EUV lithography.
  • the image quality in EUV lithography is determined on the one hand by the projection lens and on the other hand by the lighting system.
  • the illumination system is intended to provide the most uniform possible illumination of the field plane in which the structure-bearing mask, the so-called reticle, is arranged.
  • the projection lens depicts the field plane in an image plane, the so-called wafer plane, in which a light-sensitive object is arranged.
  • Projection exposure systems for EUV lithography are designed with refiective optical elements.
  • the shape of the The field in the image plane of an EUV projection exposure system is typically that of a ring field with a high aspect ratio of 2 mm (width) x 22-26 mm (arc length).
  • the projection systems are usually operated in scanning mode.
  • a mask arranged in an image plane of the illumination system on a light-sensitive substrate for example a wafer
  • a light-sensitive substrate for example a wafer
  • a change in the illumination can be caused both in performance and location by a degradation of the source or a change in the source position.
  • a first subsystem which comprises the light source and first optical systems Elements that depict the light source in an intermediate image that can be real, and a second subsystem that includes second optical elements to illuminate a field in a field plane can be changed, for example, by changing the emission characteristics of the source, the location of the source or also a decentration or misalignment, a so-called misalignment of the first and second subsystem, the illumination of the field of an illumination system fluctuate in a field level or a loss of uniformity in the field level and telecentricity errors in the field level are caused.
  • EP 0987601 A2 describes a projection fertilization system which comprises a device with which the intensity of the illumination, the so-called exposure dose, can be determined. Furthermore, EP 0987601 A2 specifies an illumination system which has a first subsystem, comprising a light source and first optical elements, the first subsystem mapping the light source into an intermediate image. Furthermore, the lighting system comprises a second subsystem, which is arranged in the light path from the light source to the field level to the intermediate image of the light source, the second subsystem comprising second optical elements for illuminating a field in a field level.
  • EP 0987601 A2 generally describes that for the alignment of the first and second subsystem, the lighting device comprises a detection device with which positional deviations of the optical axis between the first subsystem, the so-called source system, and the second subsystem are detected.
  • EP 0987601 A2 generally proposes to arrange sensors on a facet mirror arranged in the second subsystem.
  • EP 0987601 A2 describes how to make the collector mirror positionable, so that it is possible to correct a misalignment of the first and second subsystem by controlling the collector mirror.
  • a disadvantage of the system according to EP 0987601 is that a misalignment or decentration of the optical axis of the lighting system is detected with the aid of the change in the photoelectric effect that occurs on one or both faceted optical elements of the lighting system.
  • the change in the photoelectric effect is brought about by all raster elements or facets of the faceted element. This determination is very complex.
  • EP 0987601 A disadvantage of the system described in EP 0987601 is that this system does not achieve a sufficiently precise detection of the illumination in the field level. Essentially, only a decentering of the optical axis is detected in an illumination system consisting of two subsystems, the first subsystem being a source unit and the second subsystem comprising optical elements for illuminating a field level.
  • EP 0987601 A2 Another disadvantage of the device from EP 0987601 A2 is that the number of photoelectrically generated electrons depends on the degree of purity of the surface. Since mirror surfaces become more or less contaminated during long periods of operation, a strong change in the output signals can be expected during operation. Furthermore, a large number of light wavelengths generally strike the first mirror provided with multi-layer layers, so that the measurement results are falsified by the different spectral distributions.
  • the correction of the decentration from the first subsystem to the second subsystem with the aid of the collector has the disadvantage that since the collector only allows stigmatic imaging on an excellent axis, the collector axis, a change in the collector position leads to aberrations.
  • the collector which is connected, for example, to a cooling system, comprises a mechanically large and heavy structural unit which can only be manipulated in a complex manner.
  • the object of the invention is to specify a lighting system that avoids the disadvantages described above, in particular to specify a lighting system with which it is possible to precisely detect both an illumination A and the radiation direction in one plane. In particular, this is to ensure the most uniform possible illumination and low telecentricity errors in the field level.
  • the integral flow is measured at the location of the source or at a location of an intermediate image.
  • the device according to the invention is characterized in a first embodiment in that at least one detector and an aperture are provided and the at least one detector is arranged in a plane which is positioned in the light path from the light source to the field plane to the light source.
  • the detector is preferably arranged in the light path from the light source to the field level in a plane that comes to lie at a distance from the intermediate image.
  • the diaphragm is preferably arranged close to or in the plane in which the intermediate image is formed. If not only the position and intensity of the light source and its integral flow are to be determined, but also to ensure that the illumination in the field level remains as constant as possible over time, the lighting system in an advantageous embodiment comprises a control and monitoring unit.
  • the at least one photosensitive detector in the light path away from the light source, in particular after the intermediate focus, a relative flow measurement is made possible. If more than one detector is used, the sensitivity is improved and the sensitivity to lateral intensity fluctuations in the radiation lobe after the light source, in particular according to the intermediate image Z, is reduced.
  • the direction and position determination of the light source or an intermediate image Z of the light source can be achieved by forcing the passage of the radiation, in particular at the intermediate image or intermediate focus, through a fixed diaphragm.
  • a lateral misalignment can then be detected by a drop in the flow and recognized by the aforementioned detector.
  • the remaining directional information is accomplished by measuring the radiation lobe, ie the beam bundle, as it forms behind the diaphragm.
  • two or more detectors of intensity inhomogeneities are preferably placed in the bundle of rays, for example behind the intermediate focus.
  • the detectors are particularly preferably arranged on or in the vicinity of the edge of a predetermined illumination caused by the beam bundle in one plane.
  • Such an arrangement of the sensors has the advantage that it can be detected very sensitively if the actual illumination in the plane in which the detectors are arranged deviates from a predetermined, that is to say the predetermined, illumination, since an arrangement on or in the vicinity of the edge of the predetermined illumination, the sensors are placed in the area of the increase in intensity of the illumination and are already small Changes in the illumination, for example due to degradation of the light source or misalignments, result in large changes in intensity.
  • the sensors are arranged on a support element.
  • the supporting element is preferably part of the field facet mirror and, in addition to the sensors in a faceted lighting system, as disclosed in US Pat. No. 6,438,199 B1, also carries the first raster elements, which are also referred to as field facets in reflective systems.
  • At least four sensors are arranged on the carrier substrate, of which one of the four sensors is designed as a power detector and is used to determine the radiation power and thus as a dose control.
  • a power detector on the carrier substrate, on which the first raster elements are also arranged in a special embodiment of the invention, has the advantage that the power which is directly used for illumination in the field level is used is determined.
  • the first raster elements on the first optical element are preferably arranged only in the area of the predetermined illumination A. It is particularly preferred if the first raster elements, which are also referred to as field facets, are arranged such that each of the field facets is completely illuminated. There are then illuminated areas on the carrier substrate, but these are not used for the lighting system, since no raster elements are arranged in this area.
  • the sensors are arranged on the carrier element in or in the unused areas in which no facet element is attached to the carrier element.
  • the position and direction of the light source is achieved with the aid of detectors which are positioned at two different locations; a first detector or a first set of first detectors at a first location and at least one second detector or a second set of second detectors at a second location.
  • the first detector or set of detectors is placed some distance from the light source or intermediate image of the light source and detects the direction of the propagating lobe, i.e. of the beam in two lateral coordinate directions, for example. What is to be understood by the term remote from the light source is defined in the description of FIG. 6.
  • the distance denotes the length of the light path from the light source or the intermediate image of the light source to the detector.
  • a second detector or a second set of second detectors is arranged at a greater distance from the light source or an intermediate image of the light source than the first detector or the first set of detectors.
  • the distance from the second detector or second set of detectors is preferably more than 1.5 times the distance from the light source to the first detector. first set of detectors.
  • the second detector or the second set of detectors also detects the lateral coordinate directions of the lobe or the beam bundle at the greater distance.
  • the position of the focus and the direction can be determined by calculating the offset of the radiation cone at these two distances.
  • the position and direction of a radiation cone can thus be determined via two detectors which are arranged at a distance from one another in the direction of propagation of the radiation cone.
  • the second detector or the second set of detectors is placed in a plane into which an unused sub-beam of the radiation from the light source or the intermediate image of the light source is imaged with the aid of focusing auxiliary optics.
  • the second detector or the second set of detectors for lateral position measurements is placed in this plane.
  • the latter is able to determine the relative positional deviation of the light source mapped there, for example.
  • a special feature of this arrangement is that the refocused image only moves laterally when there are lateral changes in the position of the light source or the intermediate image of the light source, or laterally comes to rest on the detector at a different location if further optical components such as a collector are incorrectly adjusted or changes its adjustment state due to thermal effects.
  • a complete decoupling of the position and direction of the bundle of rays can be achieved via this type of detector. This considerably facilitates, for example, the adjustment or active control of a misaligned system.
  • the auxiliary optics is particularly preferably designed as a multi-layer mirror which reflects only the useful wavelength, for example 13.5 nm. This prevents the adjustment from being disturbed by light of a different wavelength.
  • the detectors are preferably attached to optical elements or their carrier devices in order to obtain a stable relationship between relative position information with respect to the optical elements.
  • the detectors are arranged in unused areas of the lighting system. Unused areas of the lighting system are areas of the lighting system that are used by a bundle of rays that are illuminated from the light source to the field level of the lighting system, but are not used to illuminate the field at the field level. Such areas arise, for example, in the vicinity of the first faceted element or field facet mirror with only fully illuminated field facets.
  • the predetermined illumination A in the plane in which the first detector or the first set of detectors is arranged is preferably an almost rotationally symmetrical, for example an annular or elliptical, illumination.
  • an almost rotationally symmetrical for example an annular or elliptical, illumination.
  • Radiation-sensitive semiconductor detectors for example made of silicon, are preferably used as sensors. Temperature-sensitive detectors, for example pyroelectric or bolometric ones, can also be used. These sensors have high sensitivities and can be constructed from several elements to increase the spatial resolution.
  • the lighting system is a lighting system which comprises a first subsystem, the first optical Includes elements, maps an object in an object plane, for example a light source, into an intermediate image in a plane conjugated to the object plane, and into a second optical subsystem, which comprises second optical elements, which illuminates a field in a field plane.
  • the first optical subsystem is often described as a source-collector unit and the second optical subsystem as a main lighting system.
  • the lighting system with the first and second subsystem for example on the carrier element of the first optical component with first raster elements, i.e. at least one detector arranged in the field facet mirror, a decentration of the first subsystem with respect to the second subsystem can be detected and the two subsystems can then be adjusted relative to one another from the signals obtained.
  • the arrangement of sensors on the carrier substrate according to the invention allows, in particular in the case of at least two sensors, both a determination of the actual beam position and the beam direction of the first subsystem relative to the second subsystem. With this information it is possible to align the first subsystem to the second subsystem.
  • a mirror element with a positioning device is arranged in the first optical subsystem.
  • the mirror element can preferably be a grating spectral filter, as described in US 2002-186811 A1, the disclosure content of which is fully incorporated in the present application.
  • the grating spectral filter can be replaced by a plane mirror, or the source of the source-collector unit itself can be designed to be movable via a positioning unit.
  • the lighting system preferably comprises a control and monitoring unit, the control and monitoring unit with the at least one sensor on the Carrier element is connected and with a positioning device, for example of the mirror element.
  • the control and monitoring unit is preferably designed such that, for example, the actual position and / or intensity of the illumination recorded with the aid of the sensors can be compared with a predetermined position and / or intensity of the illumination and deviations from this can be determined.
  • the positioning device for an optical element of the lighting system preferably a mirror element, in particular a grating spectral filter for the mirror element
  • the mirror element is moved and oriented by rotation and displacement such that the predetermined position and / or intensity of the illumination, for example, on the intermediate image or is achieved on the carrier element of the first optical element of an illumination system.
  • the rotation and displacement of the mirror element essentially shift and adjust the intermediate image of the light source and adjust the direction of radiation. Since a control of the mirror element is also possible during the exposure, such a structure allows an alignment or adjustment of the two subsystems during the exposure process. If the positioning system has more than two positioning axes, the position and direction of the beam can be set independently of one another.
  • a mirror with two rotary and two translational axes is suitable, or two mirrors with two rotary axes each.
  • a particularly preferred device for adjusting the grating spectral filter is shown in US patent US 4490041, the disclosure of which is fully incorporated in the present application , In US 4490041 the mounting of a mirror element is described, which allows that through a rotation about an excellent pivot point, the reflected beam moves in its direction but always strikes the mirror surface at a fixed position, ie the point of incidence of a beam of a beam bundle remains essentially constant when the mirror is rotated.
  • the mirror element in particular the grating spectral filter
  • the grating spectral filter can be moved and rotated by this positioning device such that a separate direction adjustment and position adjustment is possible.
  • the grating spectral filter is rotatably mounted about the pivot point described in US 4490041, which defines an axis of rotation.
  • a directional error of the bundle of rays for example in the area of the intermediate image, as determined by the detectors described above, can now be corrected by rotating around this excellent point of rotation without the lateral position being lost. This enables a particularly simple adjustment.
  • the invention also provides a method for controlling the intensity of the illumination in an illumination system.
  • the actual position and / or intensity of the illumination is recorded, for example with the aid of the sensors arranged on the carrier element, this is evaluated in the evaluation unit and compared with a predetermined position and / or intensity of the illumination and, depending on this, a position device controlled to adjust the actual position and / or strength of the illumination.
  • the invention is used in particular in an EUV projection exposure system for microlithography.
  • the invention will be described below using the exemplary embodiments.
  • Figure 1a is an overall view of an EUV projection exposure system with a mirror element with a positioning device
  • Figure 1b shows an embodiment of an EUV projection exposure system with a double collector Figures 2a to 2d basic view of adjustment errors in one in two optical
  • FIGS. 3a to 3b illumination and arrangement (of) the sensor (s) in a plane (57) away from the light source or an image of the source, for example on a carrier plate of a first optical element with first raster elements as a function of the adjustment errors
  • FIG. 5 top view of a first optical element designed as a field facet mirror with first raster elements with sensors arranged in the unused area.
  • Figure 6 side view of an adjustment device for the grating spectral filter for mechanical decoupling of rotation and lateral adjustment in the intermediate focus.
  • FIG. 1a shows an EUV projection exposure system in which sensors for detecting light impinging on the carrier element are arranged on the first optical element with first raster elements.
  • the EUV projection exposure system comprises a light source with a source plasma 1 emitting EUV radiation, a collecting optical component, a so-called collector 3, which as a nested collector according to WO 02/065482, whose Disclosure content is fully included in the present application.
  • the collector 3 maps the light source 1 lying in the object plane of the lighting system into an intermediate image Z of the light source 1 or a secondary light source in a plane 7 conjugated to the object plane 2.
  • a physical aperture 22 is arranged in or near the plane 7 conjugated to the object plane 2.
  • the light source 1 which can be, for example, a laser plasma source or a plasma discharge source, is predominantly arranged in the object plane 2 of the lighting system.
  • the intermediate image Z of the primary light source 1 comes to rest, which is also referred to as a secondary light source.
  • the first optical subsystem 12 of the lighting system 10 is understood in the present application / the optical subsystem from the light source 1 to the intermediate image Z of the light source 1.
  • the first subsystem 12 which is also referred to as the source-collector unit, comprises, in addition to the collector 3 as a mirror element, a grating element 14 and a positioning device 16.
  • Such a grating element 14 which is also referred to as a grating spectral filter, is shown for example in US2002-186811 A1, the disclosure content of which is fully incorporated in the present application.
  • the focus of the -1 comes in the plane 7 in which the diaphragm 22 is arranged.
  • Order to lie, ie the light source is by the collector and grid element in the -1.
  • Diffraction order mapped almost stigmatically in the plane of the diaphragm and there results in a secondary light source or an intermediate image Z of the light source 1.
  • the illumination system 10 of the projection system comprises a second optical subsystem 50 for shaping and illuminating the field plane 100 with an annular field and filling the entrance pupil of the projection optics as centrally as possible, as described in the patent US Pat. No. 6,438,199 B1, the disclosure of which is fully contained in the present Registration is included.
  • the local x, y, z coordinate system is also shown in the field plane 100.
  • the second optical subsystem 50 comprises, as a mixing unit 52 for homogeneous illumination of the field, a first optical component 56 with first raster elements and a second optical component 58 with second raster elements.
  • the first and second raster elements are arranged on a first and a second carrier element.
  • the first optical component 56 and the second optical component 58 with first and second raster elements are also referred to as field facet mirrors and pupil facet mirrors.
  • the second optical subsystem 50 further comprises an imaging optics 63 with two imaging mirrors 62, 64 and a field-forming grazing-incidence mirror 70.
  • Field facet mirror 56 produces a variety of light source images. If an intermediate image Z of the light source is formed, as in the present case, the plurality of these light source images is referred to as tertiary light sources.
  • the tertiary light sources lie in a plane 59 which is conjugate to plane 2 of the light source or plane 7 of the intermediate image Z.
  • a pupil facet mirror 58 is arranged in or near this plane 59 in a double-faceted illumination system, as shown in FIG.
  • the pupil facet mirror comprises a carrier element on which a multiplicity of pupil facets are arranged.
  • the radiation can also be directed onto a quadrant detector 650 which is arranged separately, for example next to or away from the pupil facet mirror.
  • the quadrant detector 650 is in turn preferably arranged in a plane in which a tertiary light source image is formed.
  • a coupling-out mirror as shown in FIG. 5 is arranged, for example, on the field facet mirror.
  • the angle of inclination and the radius of curvature of the coupling-out mirror is selected such that a light source image is formed on the quadrant detector.
  • the design of such a mirror lies in the area of professional skill.
  • the imaging optics 63 which follow in the light path from the light source 1 to the field plane 100, images the pupil facet mirror in the exit pupil of the illumination system, which comes to rest in the entrance pupil 200 of the projection objective 202.
  • the entrance pupil 200 of the projection objective 202 is given by the intersection of a main ray CR of a bundle of rays, which, for example, originates from the central field point (0,0) of the illuminated field in the field plane 100, with the optical axis HA of the projection objective 202.
  • the angles of inclination of the individual facets of the field 56 and the pupil facet mirror 58 are designed such that the images of the individual field facets of the field facet mirror overlap in the field plane 100 of the illumination system and thus a largely homogenized illumination of the structure-bearing mask 10t, which lies in this field plane comes, is made possible.
  • the segment of the ring field is, for example, the field-forming grazing incidence operated under grazing incidence Mirror 70 formed.
  • the field facets can trivially themselves have the shape of the field to be illuminated, that is to say they can be in the form of a ring segment.
  • the structure-bearing mask 101 arranged in the field plane 100 which is also referred to as a reticle, is imaged into the image plane 204 of the field plane 100 with the aid of a projection objective 202.
  • the projection lens is a 6-mirror projection lens as disclosed, for example, in US Pat. No. 6,353,470, the disclosure content of which is fully incorporated in the present application.
  • the object to be exposed for example a wafer, is arranged in the image plane 204 of the projection objective.
  • At least one sensor is arranged in a plane 57 which is distant from the light source 1 or an intermediate image Z of the light source and which detects the actual illumination TA in this plane.
  • this at least one sensor is arranged in a region in the plane 57 which is defined by a predetermined illumination A but is not used for the illumination of the field in the field plane 100 of the projection fertilization system.
  • the sensors 300 detect the actual illumination TA on the carrier element of the first facet mirror 56.
  • the first facet mirror is arranged in a plane 57 remote from the intermediate image Z of the light source, in which a predetermined illumination A is to be provided.
  • FIG. 5 shows a detailed view of sensors arranged on the carrier element.
  • the signals from the sensors 300 are transmitted to the actuating and control unit 304 via, for example, an electrical connection 302.
  • the actually measured illumination TA is compared with the predetermined illumination A, for example of an adjusted system, and the grating element 14 is rotated or moved around the indicated axis of rotation RA with the aid of the positioning device 16 as a function of the detected deviation the local y-axis shown.
  • the position of the intermediate image Z can be shifted and the direction of the first and second subsystems can be adjusted relative to one another as described in FIGS. 3a-3b.
  • FIG. 1 An embodiment of a position device 16 is shown in FIG. 1
  • the position of the source plasma 1 can also be designed to be changeable, i.e. the source can be made movable with mechanical or electrical components of the source 11, which is particularly advantageous if the source piasma 1 changes its location due to signs of aging during operation.
  • Several components are particularly preferably designed to be manipulable, for example the source 11, the grid element 14, or the entire source-collector unit 12.
  • FIG. 1 b shows a section of a further embodiment of a projection exposure system from the light source to the first intermediate focus Z.
  • a further collector 4 is provided in the embodiment according to FIG. 1 b, which is arranged in the half space behind the light source 1. This receives the light emitted in the rear half-space and refocuses it in or near the light source 1, so that an image of the light source is formed in or near the light source. Both the back-reflected radiation and focused in the image of the light source and the radiation emitted by the light source in the front half-space are recorded by the collector and imaged in an intermediate image Z in an intermediate image plane 7 of the projection exposure system.
  • At least one detector 61 is arranged in a plane 59, in which a light source image, for example tertiary light sources, is formed. With the aid of the signal supplied by this detector 61, a position adjustment of the system as described in FIGS. 3c-3e can be achieved. For this purpose, the signal supplied by the detector 61 is transmitted to the evaluation unit 304, which controls the positioning device 16, here the grating element, accordingly.
  • FIGS. 2a to 2d show possible misalignments of an illumination system in which an intermediate image Z of the primary light source of the illumination system is formed.
  • the intermediate image Z divides the lighting system into a first subsystem 12 and a second subsystem 50.
  • the first subsystem 12 is adjusted relative to the second subsystem 50.
  • Optical axis 400.1, 400.2 of the first and second sub-systems match and the intermediate image Z of the light source comes to lie in a plane 7 which is conjugate to plane 2 in which the light source 1 of the lighting system is positioned.
  • a physical diaphragm 22 can preferably be arranged in the plane 7 conjugated to the light source image plane 2.
  • FIGS. 2b to 2d show the three possible misalignments of the first and second subsystems 12, 50 of the lighting system.
  • FIG. 2b shows a directional misalignment of the first and second subsystems 12, 50.
  • Directional misalignment means that the plane 7, in which the intermediate image Z comes to lie, coincides with the plane 23 in which the physical aperture 22 is arranged; however, the optical axis 400.1 of the first subsystem is inclined against the optical axis 400.2 of the second subsystem.
  • the at least one detector arranged at a distance from the intermediate image plane 7 it is possible to determine the tilt of the optical axis 400.1 of the first subsystem to the optical axis 400.2 of the second subsystem and thus the first optical axis 400.1 to the second optical axis 400.2 to align, ie to adjust the system with respect to the direction of radiation.
  • distance is understood to mean the distance of the light from the intermediate image plane 7 to the point of incidence on the detector. It should be noted that the distance of the detector to the source or to the intermediate image of the source influences the resolution or measurement accuracy. The greater the distance, the higher the resolution. Typically the resolution should be in the range of less than 1mrad. If the distance between the detector and the light source is approximately 1 m, an angular error of 1 mrad leads to a lateral offset of the illumination of 1 mm. With a detector about 1 mm in size, an angular resolution of much better than 1 mrad can be achieved at a distance of 1 m.
  • the measurement accuracy also depends on the gradient of the lateral illumination distribution, ie how much a detector signal changes when the illumination is offset laterally.
  • the detector position is preferably selected in the area of the maximum gradient of the illumination distribution, for example at the edge of the illumination.
  • the distance is generally chosen such that a resolution of less than 1 mrad is achieved for a given detector size
  • the at least one detector arranged at a distance from the intermediate image plane 7 is preferred in a plane conjugated to the field plane 100 of the illumination system, in particular plane 57 of the illumination system, in which the first optical element with first raster elements, for example in the case of reflective systems, the field facet mirror 56 is arranged, positioned.
  • a positioning of the at least one detector in the plane conjugated to the field plane outside the area used in an adjusted system is preferably selected.
  • the area used in this application is understood to mean that this area in level 57 contributes to the illumination of field level 100.
  • the area used is in the sense In this application, the area which is illuminated with a predetermined illumination A and in which field facets are arranged which receive and reflect the light in the illuminated area, so that a field is illuminated in a field plane.
  • FIG. 2c shows the case of the lateral positional misalignment of the first and second subsystem 12.50.
  • the intermediate image Z of the light source comes to lie in the intermediate image plane 7, but does not penetrate this plane centrally to the optical axis 400.2 of the second optical system in which the physical diaphragm 22 is arranged, i.e. the aperture blocks the passage of radiation into the second subsystem.
  • This so-called lateral positional misalignment of the first and second subsystems 12, 50 can be detected with the aid of at least one detector which is arranged in a plane 59 conjugated to the intermediate image plane 7 with the system adjusted and which detects the size and position of the resulting light spot.
  • Figure 2d shows the case of the axial positional misalignment of the first and second subsystem.
  • the intermediate image Z of the light source comes to lie in an intermediate image plane 7 which, for example, lies in the light path from the light source to the field plane behind the diaphragm plane 23 in which the physical diaphragm 22 is arranged, ie intermediate image plane 7 and diaphragm plane 23 will no longer be covered in this case.
  • This so-called positional misalignment of the first and second subsystems 12, 50 can be detected with the aid of at least one detector which is arranged in a plane 59 conjugated to the intermediate image plane 7 in the case of an adjusted system. With an ideally adjusted system, the light spot is of minimal extent.
  • Such a detector for detecting the axial positional misalignment is preferably arranged in the plane of the lighting system in which the second optical element with raster elements, for example in the case of reflective double-faceted systems the pupil facet mirror 58 is positioned.
  • a directional adjustment is preferably carried out in a first step.
  • the optical axis 400.1 of the first subsystem 12 and the optical axis 400.2 of the second subsystem are then aligned with one another.
  • the position is adjusted. The process can then be repeated until a desired adjustment state is reached.
  • FIGS. 3a to 3b show the actual illuminations for the respective cases in FIGS. 2a to 2b in the plane in which the first detector or the first detector array is arranged.
  • FIG. 3a shows the illumination in the plane 57, which is remote from the intermediate image Z and in which at least one detector for detecting the directional misalignment is positioned, for the case of an ideally adjusted system.
  • the plane 57 is preferably the plane in which the first optical element 56 with raster elements is arranged.
  • the actual illumination TA corresponds to a predetermined illumination A in this plane.
  • the predetermined illumination A is the illumination that is expected in this plane for an ideally adjusted system.
  • the illumination can be circular, slightly elliptical and / or annular, for example. Annular illumination is shown as an example.
  • a total of three detectors 500.1, 500.2, 500.3 are arranged away from the intermediate image Z in the plane 57, in each case on the edge of the annular, predetermined illumination A shown here by way of example.
  • the field facet mirror 56 is preferably positioned in the plane 57.
  • the field facet mirror 56 comprises, for example, a carrier plate and a multiplicity of facet mirrors which are applied to the carrier plate.
  • a facet mirror with sensors arranged thereon is shown in detail in FIG. It can be clearly seen that the detectors or sensors 500.1, 500.2, 500.3. are arranged at the edge of the predetermined illumination A. If a system is now misaligned, the actual illumination TA in plane 57, in which the detectors are arranged, is laterally offset, as shown in FIG.
  • the intensity of the illumination does not suddenly disappear, as shown in FIG. 4, but a continuous transition region of a few mm in width is formed. If the shift is less than this transition range, three different intensities are measured with detectors 500.1 to 500.3, for example. From the intensity signals of the three sensors 500.1, 500.2,
  • the misalignment of the system can be determined in the evaluation unit and a positioning device 16, for example actuators for rotating or moving a grating spectral filter 14, can be controlled. Based on the signals determined by comparing the actual illumination TA with the predetermined illumination A, the positioning device 16 can be used to rotate and / or move the optical axis of the first subsystem to the optical axis of the second subsystem and the predetermined illumination A accordingly Figure 3a is set in the plane 57 in which the field facet mirror is preferably arranged.
  • the detection unit according to the invention is by no means limited to three detectors. For a determination of the lateral displacement it is therefore sufficient if only two detectors are provided. For redundancy, ie security against the failure of individual detectors, it is particularly advantageous to mount several detectors. This is particularly advantageous since the projection exposure system has to be evacuated with EUV radiation during operation, ie is generally not accessible, and thus errors cannot simply be found from outside the vacuum container and can be remedied.
  • FIG. 3c shows the illumination in a plane 59 conjugated to the intermediate image Z of the light source, in which, for example, a pupil facet mirror is placed.
  • a plurality of images 600 of the light source 1 which are generated by the field facet mirror.
  • the number of these light source images corresponds to the number of illuminated field facets. They are designated by reference number 600.
  • at least one detector 602 is arranged on the carrier element of the pupil facet mirror in order to detect a positional misalignment.
  • the light is preferably directed onto the detector 602 mounted on the support element of the pupil facet mirror with the aid of refocusing optics, for example a coupling mirror arranged on the field facet mirror, as shown in FIG. 5.
  • the size of the detector 602 is dimensioned such that the light source image, including possible misalignments, can fall on the detector surface, that is to say the lateral extent of the detector corresponds to the size of the light source image plus twice the maximum detectable lateral misalignment, which may multiply by the imaging scale of the refocusing optics becomes. If there is a lateral positional misalignment of the first and second systems, the intermediate image Z of the light source lies in the plane 59 next to the axis in which the physical diaphragm 22 is arranged, as shown in FIG. 2c.
  • the image of the light source generated with the aid of the refocusing optics is either no longer detectable at all or, if light still falls through the aperture 22, is shifted.
  • the light spot then no longer falls centrally on the detector, which is preferably designed as a quadrant detector 650.
  • the asymmetry signal which is supplied by the four detectors of the sensor differs from zero in a system which is misaligned in the lateral position.
  • the lateral offset of the misalignment can thus be determined and, in turn, from the asymmetry signal Derive signal with which the positioning device 16 of the grating, for example, can be controlled.
  • the signals of all detectors can be added, there is then a relative. Signal available through the integral radiation flow.
  • the light that falls on the field facet mirror is coupled out by means of a multilayer mirror.
  • the coating of the multilayer mirror ensures that only radiation of the useful wavelength of 13.5 nm, for example, reaches one of the detectors. Since the light source also emits radiation of other wavelengths, which can also originate from other volume regions of the source, it is possible with such an arrangement to exactly determine the position of the source or the intermediate image of only the useful wavelength.
  • a Si semiconductor detector is also sensitive to visible light, but this radiation also arises in less hot areas of the plasma source and thus at significantly different positions. Without a filtering component, the adjustment process can be misled and reduced to the apparent maximum, e.g. that of visible light can be optimized.
  • FIG. 3d shows a quadrant detector as it is used to measure the lateral positional misalignment.
  • the light spot 1000 is drawn, which falls on the detector 602, which is designed as a quadrant detector 650.
  • the quadrant detector is four silicon detectors 652.1, 652.2, 652.3, 652.4.
  • FIG. 3e shows the course of the asymmetry signal Ai as a function of the adjustment in the diagonal direction ⁇ x. An optimal adjustment is in the zero crossing
  • the detector in plane 59 must either detect the radiation density or the extent of the refocused intermediate focus.
  • the quadrant detector can be modified as shown in Fig. 3f.
  • an additional detector surface 654 is arranged in the center, which is preferably significantly smaller than the diameter of the refocused image 1000 in plane 59. This enables the radiation density to be measured with the detector and an axial misalignment of the intermediate image to be recognized.
  • the diameter of the defocused image of the light source is indicated at 612. If there is such an axial misalignment, the irradiance I generally decreases in level 59 and a corresponding correction signal can be sent to the evaluation unit or manipulator unit.
  • FIG. 3g shows the course of the irradiance as it is detected by the detector 654.
  • the light source image which is identified by the reference number 610, leads to an irradiance 660.1. If the system is axially adjusted, a light source image 1000 is formed in the plane 59 with a minimum diameter, ie maximum intensity. The intensity of the irradiance in a misaligned system, which is recorded by the detector, is identified by the reference number 660.2.
  • a lighting system with detectors at locations that are both distant from the intermediate image Z, for example on the field facet mirror, and additionally in a plane that is conjugate to the level of the light source or the intermediate image is advantageous, but is in no way absolutely necessary for the practice of Invention.
  • Embodiments are also conceivable in which detectors are only positioned remotely from the intermediate image, for example on the field facet mirror.
  • An array of detectors, for example a CCD camera, with which the light source can be observed directly in a plane 57 can also be used as detectors.
  • Such an arrangement is appropriate if, for example, an illumination system does not have an intermediate image of the source and the light source 1 is positioned on the basis of the recorded signal and the illumination system can thus be adjusted.
  • misalignments of the optical axis and position of the intermediate image shown in FIGS. 2b and 2d are possible.
  • Such misalignments can also be detected with the system according to the invention and also corrected during the exposure process with the aid of the positioning device, which accordingly positions the mirror element, in the present case the grating element.
  • a particularly sensitive detection is possible if the sensors 500.1, 500.2, 500.3, which are arranged on the carrier element of the field facet mirror at the edge of the predetermined illumination.
  • the sensors 500.1, 500.2 are preferably located, 500.3 are located in the area of the increase in intensity, that is to say arranged at the edge of the illumination, and therefore detect large differences in intensity with only slight displacements in the illumination.
  • a particularly preferred location of the sensors is an arrangement at the location where half the maximum intensity value l ma ⁇ / 2 is reached.
  • FIG. 5 shows the first optical component 56 according to FIG. 1 with first raster elements 150.
  • the first raster elements 150 are arranged in ten blocks 152.1, 152.2, 152.3, 152.4, 152.5, 152.6, 152.7, 152.8, 152.9, 152.10 spaced apart from one another.
  • No grid elements 150 are arranged in the area not illuminated by the central shading 154 of the collector 3.
  • the first raster elements are facet mirrors. These can, but do not have to have an optical effect.
  • the first raster elements .150 are arranged on a carrier element 156.
  • the arrangement of the 122 first raster elements 150 on the carrier element 156 can be clearly seen.
  • the predetermined annular, i.e. ring-shaped illumination A which occurs in an adjusted system.
  • the ring-shaped illumination A is defined by an outer edge 162 and an inner edge 164. All first raster elements 150 lie within the predetermined annular illumination A and are completely illuminated.
  • unused areas 166 The illuminated areas on the carrier element, in which no first raster elements are arranged, are referred to as unused areas 166 in the sense of this application, since the light incident on this unused area is not reflected by the raster elements and is therefore not used to illuminate the field plane.
  • three sensors 500.1, 500.2, 500.3 are arranged on the carrier element in the unused area 166 in the vicinity of the outer edge 162. With these sensors 500.1, 500.2, 500.3, the position of the illumination A on the Carrier element of the field facet mirror detected. This data can be used to control the positioning device and to adjust the first and second subsystem, in particular for a directional adjustment.
  • the number of sensors can also be more than three.
  • at least one decoupling mirror 170 is also arranged in the unused area. With the aid of the coupling-out mirror 170, radiation incident on the first optical element with first raster elements is coupled out and directed, for example, to a four-quadrant detector, as described in FIGS. 3c to 3g.
  • the four-quadrant detector is placed in a plane in which an image of the light source or of the intermediate image Z of the light source is formed with the system adjusted. If the position of the intermediate image is shifted due to a positional misalignment of the first and second subsystems, this can be detected with the four-quadrant detector as described in FIGS. 3C to 3G and positioning devices of the lighting system can be controlled accordingly.
  • FIG. 7 shows, by way of example, a positioning device 16 which is shown with the aid of the recorded signals for setting the position of the intermediate image Z of a light source in accordance with the principles of US 4,490,041.
  • the positioning device comprises a mirror element, which can be designed as a grating 14.
  • the mirror element is mechanically connected to a turning axis 2000 via an angle. With the help of the 2002 actuator, the mirror element can be rotated around the 2000 turned part.
  • the actuator 2000 is therefore the actuator for the rotation.
  • the incident light bundle 2006 is from the grid element and the collector unit in the -1. Diffraction diffracted and focused there to an intermediate image Z of the light source.
  • the aperture 22 is also shown.
  • the actuators 2010 are provided as actuators for translatory movements. As before and US 4,490,041 described, the translational movement can be decoupled from the rotary movement for the adjustment of the intermediate focus by the adjustment device shown.
  • the invention provides for the first time a lighting system with which the adjustment of a lighting system can be determined and monitored in a simple manner. This ensures the temporal and spatial constancy of the illumination of the mask and a central illumination of the pupil.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Beleuchtungssystem für Wellenlängen ≤ 193 nm, wobei das Beleuchtungssystem eine Lichtquelle umfasst, die in einer Ebene eine vorbestimmte Ausleuchtung zur Verfügung stellt und a) eine erste optische Komponente mit ersten Rasterelementen, wobei die ersten Rasterelemente auf einem Trägerelement angeordnet sind und die erste optische Komponente in oder nahe der Ebene, in der die Ausleuchtung zur Verfügung gestellt wird, angeordnet ist. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass i) auf dem Trägerelement der ersten optischen Komponente mindestens ein Sensor zur Detektion von auf das Trägerelement auftreffendem Licht angeordnet ist. ii) Spiegel des Beleuchtungssystems durch Auswertung der Sensorsignale so gestellt werden, dass die Lage und Stärke der Beleuctung konstant gehalten werden.

Description

Beleuchtungssystem für eine Wellenlänge < 193 nm mit Sensoren zur Bestimmung der Ausleuchtung
Die Erfindung betrifft ein Beleuchtungssystem für Wellenlängen < 193 nm mit einer Lichtquelle, die in einer Ebene eine vorbestimmte Ausleuchtung A zur Verfügung stellt. Das Beleuchtungssystem umfasst eine erste optische Komponente mit ersten Rasterelementen, die auf einem Trägerelement angeordnet sind, wobei die erste optische Komponente in oder nahe der Ebene, in der die Ausleuchtung zur Verfügung gestellt wird, angeordnet ist. Die Wellenlänge liegt bevorzugt im Wellenlängenbereich < 100 nm, besonders bevorzugt im Wellenlängenbereich, der für die EUV-Lithographie genutzt werden kann, d.h. im Bereich 11 bis 14 nm, insbesondere bei 13,5 nm.
Um die Strukturbreiten für elektronische Bauteile noch weiter reduzieren zu können, insbesondere in den Submikron-Bereich, ist es erforderlich, die Wellenlänge des für die Mikrolithographie eingesetzten Lichtes zu verringern. Denkbar ist die Verwendung von Licht mit Wellenlängen kleiner 100nm, beispielsweise die Lithographie mit weichen Röntgenstrahlen, die so genannte EUV-Lithographie.
Die EUV-Lithographie ist eine der vielversprechendsten zukünftigen Lithographietechniken. Als Wellenlängen für die EUV-Lithographie werden derzeit Wellenlängen im Bereich 11 - 14 nm, insbesondere 13,5 nm diskutiert bei einer numerischen Apertur von 0,2 -0,3. Die Bildqualität in der EUV-Lithographie wird bestimmt einerseits durch das Projektionsobjektiv, andererseits durch das Beleuchtungssystem. Das Beleuchtungssystem soll eine möglichst gleichförmige Ausleuchtung der Feldebene, in der die strukturtragende Maske, das so genannte Retikel, angeordnet ist, zur Verfügung stellen. Das Projektionsobjektiv bildet die Feldebene in eine Bildebene, die so genannte Waferebene ab, in der ein lichtsensitives Objekt angeordnet ist. Projektionsbelichtungsanlagen für die EUV- Lithographie sind mit refiektiven optischen Elementen ausgeführt. Die Form des Feldes in der Bildebene einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage ist typischerweise die eines Ringfeldes mit einem hohen Aspektverhältnis von 2 mm (Breite) x 22 - 26 mm (Bogenlänge). Die Projektionssysteme werden üblicherweise im Scanning Mode betrieben. Betreffend EUV-Projektionsbelichtungsanlagen wird auf die nachfolgenden Veröffentlichungen verwiesen:
W.Ulrich, S.Beiersdörfer, H.J.Mann, "Trends in Optical Design of Projection Lenses for UV- and EUV-Lithography" in Soft-X-Ray and EUV Imaging Systems, W.M.Kaiser, R.H.Stulen (Hrsg.), Proceedings of SPIE, Vol.4146 (2000), Seiten 13- 24
und
M.Antoni, W.Singer, J.Schultz, J.Wangler, I.Escudero-Sanz, B.Kruizinga, "Illumination Optics Design for EUV-Lithography" in Soft X Ray and EUV Imaging Systems, W.M.Kaiser, R.H.Stulen (Hrsg.), Proceedings of SPIE, Vol.4146 (2000), Seiten.25-34
deren Offenbarungsgehalt vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung mitaufgenommen wird.
Um eine in einer Bildebene des Beleuchtungssystems angeordnete Maske auf ein lichtsensitives Substrat, beispielsweise einen Wafer, abzubilden, das zur Herstellung von Halbleiterelementen verwandt werden kann, ist es notwendig, dass die Form der Ausleuchtung und die Beleuchtungsintensität in der Bildebene, in der die Maske angeordnet ist, während des Belichtungsprozesses konstant gehalten wird. Eine Änderung der Ausleuchtung kann sowohl in Leistung wie Lage durch eine Degradation der Quelle bzw. eine Veränderung der Quelllage hervorgerufen werden.
Insbesondere bei Beleuchtungssystemen, die aus zwei Teilsystemen bestehen, einem ersten Teilsystem, das die Lichtquelle umfasst und erste optische Elemente, die die Lichtquelle in ein Zwischenbild abbilden, welches reell ausgebildet werden kann, sowie einem zweiten Teilsystem, das zweite optische Elemente umfasst, um ein Feld in einer Feldebene auszuleuchten, kann beispielsweise durch eine Veränderung der Abstrahlcharakteristik der Quelle, der Lage der Quelle oder auch eine Dezentrierung bzw. Dejustage, ein so genanntes Misalignment vom ersten und zweiten Teilsystem, die Ausleuchtung des Feldes eines Beleuchtungssystems in einer Feldebene schwanken oder ein Uniformitätsverlust in der Feldebene sowie Telezentriefehler in der Feldebene hervorgerufen werden.
In der EP 0987601 A2 ist eine Projektionsbeüchtungsanlage beschrieben, die eine Einrichtung umfasst, mit der die Stärke der Ausleuchtung, die so genannte Belichtungsdosis, bestimmt werden kann. Des Weiteren ist in der EP 0987601 A2 ein Beleuchtungssystem angegeben, das ein erstes Teilsystem, umfassend eine Lichtquelle und erste optische Elemente, aufweist, wobei das erste Teilsystem die Lichtquelle in ein Zwischenbild abbildet. Des Weiteren umfasst das Beleuchtungssystem ein zweites Teilsystem, das im Lichtweg von der Lichtquelle zur Feldebene dem Zwischenbild der Lichtquelle nachgeordnet ist, wobei das zweite Teilsystem zweite optische Elemente zum Ausleuchten eines Feldes in einer Feldebene umfasst.
Des Weiteren ist in der EP 0987601 A2 allgemein beschrieben, dass zur Ausrichtung von erstem und zweitem Teilsystem die Beleuchtungseinrichtung eine Detektionsvorrichtung umfasst, mit der Lageabweichungen der optischen Achse zwischen dem ersten Teilsystem, dem so genannten Quellsystem, und dem zweiten Teilsystem detektiert werden. Hierzu schlägt die EP 0987601 A2 allgemein vor, auf einem im zweiten Teilsystem angeordneten Facettenspiegel Sensoren anzuordnen. Um die optische Achse in Abhängigkeit von der detektierten Abweichung ausrichten zu können, ist in der EP 0987601 A2 beschrieben, den Kollektorspiegel positionierbar auszuführen, so dass es möglich ist, durch Aussteuerung des Kollektorspiegels ein Misalignment von erstem und zweitem Teilsystem zu korrigieren. Nachteilig an dem System gemäß der EP 0987601 ist, dass eine Dejustage bzw. Dezentrierung der optischen Achse des Beleuchtungssystems mit Hilfe der Änderung des photoelektrischen Effekts, der auf einem oder beiden facettierten optischen Elementen des Beleuchtungssystems auftritt, detektiert wird. Die Änderung des photoelektrischen Effekts wird hierbei durch alle Rasterelemente bzw. Facetten des facettierten Elements hervorgerufen. Diese Bestimmung ist sehr aufwendig.
Ein Nachteil des in der EP 0987601 beschriebenen Systems ist, dass mit diesem System keine ausreichend genaue Erfassung der Ausleuchtung in der Feldebene erreicht wird. Detektiert wird im Wesentlichen nur eine Dezentrierung der optischen Achse in einem Beleuchtungssystem, bestehend aus zwei Teilsystemen, wobei das erste Teilsystem eine Quelleinheit darstellt und das zweite Teilsystem optische Elemente zur Ausleuchtung einer Feldebene umfasst.
Ein weiterer Nachteil der Einrichtung aus der EP 0987601 A2 ist, dass die Anzahl der photoelektrisch erzeugten Elektronen vom Reinheitsgrad der Oberfläche abhängig ist. Da Spiegeloberflächen bei längerem Betrieb mehr oder weniger kontaminiert werden, ist mit einer starken Änderung der Ausgangssignale bei Betrieb zu rechnen. Ferner treffen im Allgemeinen insbesondere auf die ersten, mit multi-layer-Schichten versehenen Spiegel eine Vielzahl von Lichtwellenlängen auf, so daß die Meßergebnisse durch die unterschiedlichen spektrale Verteilungen verfälscht werden.
Die Korrektur der Dezentrierung von erstem Teilsystem zu zweitem Teilsystem mit Hilfe des Kollektors hat den Nachteil, dass, da der Kollektor lediglich eine stigmatische Abbildung auf eine ausgezeichnete Achse, die Kollektorachse, ermöglicht, eine Veränderung der Kollektorposition zu Aberrationen führt. Femer umfaßt der Kollektor, welcher beispielsweise an eine Kühlung angeschlossen ist, eine mechanisch große und schwere Baueinheit, welche nur aufwendig zu manipulieren ist. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Beleuchtungssystem anzugeben, dass die zuvor beschriebenen Nachteile vermeidet, insbesondere ein Beleuchtungssystem anzugeben, mit dem es möglich ist, sowohl eine Ausleuchtung A und Strahlungsrichtung in einer Ebene exakt zu erfassen. Insbesondere soll damit eine möglichst uniforme Ausleuchtung und geringe Telezentriefehler in der Feldebene gewährleistet werden.
Um diese Aufgabe zu lösen, ist es notwendig, dass die
- Position der Lichtquelle oder eines Zwischenbildes einer Lichtquelle bestimmt wird
- Richtung der Strahlung am Ort der Lichtquelle oder in einem Zwischenbiid bestimmt wird
- der integrale Fluss am Ort der Quelle oder an einem Ort eines Zwischenbildes gemessen wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Beleuchtungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich in einer ersten Ausführungsform dadurch aus, dass mindestens ein Detektor und eine Blende vorgesehen sind und der mindestens eine Detektor in einer Ebene angeordnet ist, die im Lichtweg von der Lichtquelle zur Feldebene entfernt zur Lichtquelle positioniert ist.
Bei Beleuchtungssystemen bei denen ein Zwischenbild der Lichtquelle ausgebildet wird, wird der Detektor im Lichtweg von der Lichtquelle zur Feldebene bevorzugt in einer Ebene, die entfernt zum Zwischenbild zu liegen kommt, angeordnet. Die Blende wird bevorzugt nahe oder in der Ebene, in der das Zwischenbild ausgebildet wird, angeordnet. Soll nicht nur die Position und Intensität der Lichtquelle sowie deren integraler Fluss bestimmt werden, sondern auch mit diesen Informationen für eine möglichst über die Zeit gleichbleibende Ausleuchtung in der Feldebene gesorgt werden, so umfasst das Beleuchtungssystem in einer vorteilhaften Ausführungsform eine Steuer- und Kontrolleinheit.
Mit Hilfe des mindestens einen photosensitiven Detektors im Lichtweg entfernt zur Lichtquelle, insbesondere nach dem Zwischenfokus, wird eine relative Flussmessung ermöglicht. Verwendet man mehr als einen Detektor, so wird die Sensitivität verbessert und die Empfindlichkeit auf laterale Intensitätsschwankungen in der Strahlungskeule nach der Lichtquelle, insbesondere nach dem Zwischenbild Z, reduziert.
Die Richtungs- und Lagebestimmung der Lichtquelle oder eines Zwischenbilds Z der Lichtquelle kann in einer besonders bevorzugten Anordnung dadurch gelöst werden, dass der Durchtritt der Strahlung insbesondere am Zwischenbild bzw. Zwischenfokus durch eine ortsfeste Blende erzwungen wird. Eine laterale Dejustage wird dann durch einen Abfall im Fluss detektierbar und durch den vorgenannten Detektor erkannt. Die verbleibende Richtungsinformation wird durch eine Vermessung der Strahlungskeule, d.h. des Strahlbüschels, wie sie sich hinter der Blende bildet, bewerkstelligt. Hierzu werden bevorzugt zwei oder mehr Detektoren an Intensitätsinhomogenitäten im Strahlenbüschel beispielsweise hinter dem Zwischenfokus platziert werden. Die Detektoren werden besonders bevorzugter Weise am oder in der Nähe des Randes einer durch das Strahlbüschel in einer Ebene hervorgerufenen vorbestimmten Ausleuchtung angeordnet. Eine derartige Anordnung der Sensoren hat den Vorteil, dass sehr sensibel detektiert werden kann, wenn die tatsächliche Ausleuchtung in der Ebene, in der die Detektoren angeordnet sind, von einer vorgegebenen, d.h. der vorbestimmten Ausleuchtung abweicht, da bei einer Anordnung am oder in der Nähe des Randes der vorbestimmten Ausleuchtung die Sensoren im Bereich des Intensitätsanstieges der Ausleuchtung platziert sind und bereits geringe Veränderungen der Ausleuchtung, beispielsweise durch Degradation der Lichtquelle oder Dejustagen, große Intensitätsänderungen nach sich ziehen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, die Sensoren auf einem Tragelement anzuordnen. Bevorzugt ist das Tragelement Teil des Feldfacettenspiegels und trägt neben den Sensoren bei einem facettierten Beleuchtungssystem, wie in der US 6,438,199 B1 offenbart, auch die ersten Rasterelemente, die bei reflektiven Systemen auch als Feldfacetten bezeichnet werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass mindestens vier Sensoren auf dem Trägersubstrat angeordnet sind, wovon einer der vier Sensoren als Leistungsdetektor ausgebildet ist und der Bestimmung der Strahlungsleistung und damit als Dosiskontrolle dient. Gegenüber einer Dosiskontrolle, bei der ein Teil der Strahlung ausgekoppelt wird, hat eine Anordnung eines derartigen Leistungsdetektors auf dem Trägersubstrat, auf dem in einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung auch die ersten Rasterelemente angeordnet sind, den Vorteil, dass die Leistung, die unmittelbar zur Ausleuchtung in der Feldebene verwendet wird, bestimmt wird.
In einem doppelt facettierten Beleuchtungssystem, wie es beispielsweise in der WO 02/065482 oder der US 6,438,199 B1, beschrieben ist, sind bevorzugt die ersten Rasterelemente auf dem ersten optischen Element, dem so genannten Feldwabenspiegel, nur im Bereich der vorbestimmten Ausleuchtung A angeordnet. Besonders bevorzugt ist es, wenn die ersten Rasterelemente, die auch als Feldfacetten bezeichnet werden, so angeordnet sind, dass jede der Feldfacetten vollständig ausgeleuchtet wird. Auf dem Trägersubstrat gibt es dann ausgeleuchtete Bereiche, die für das Beleuchtungssystem aber nicht genutzt werden, da in diesem Bereich keine Rasterelemente angeordnet sind. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Sensoren auf dem Trägerelement im bzw. in den ungenutzten Bereiche, in denen kein Facettenelement auf dem Trägerelement angebracht ist, angeordnet. In einer fortgebildeten Ausführungsform der Erfindung wird die Lage und Richtung der Lichtquelle mit Hilfe von Detektoren erreicht, die an zwei unterschiedlichen Orten positioniert sind; einem ersten Detektor oder einem ersten Satz erster Detektoren an einem ersten Ort und mindestens einem zweiten Detektor oder einem zweiten Satz zweiter Detektoren an einem zweiten Ort.
Der erste Detektor oder der erste Satz von Detektoren ist wie zuvor beschrieben in einiger Entfernung der Lichtquelle oder dem Zwischenbild der Lichtquelle platziert und erfasst die Richtung der sich ausbreitenden Strahlungskeule, d.h. des Strahlbüschels beispielsweise in zwei lateralen Koordinatenrichtungen. Was unter dem Begriff entfernt zur Lichtquelle angeordnet zu verstehen ist, ist in der Beschreibung zu Figur 6 definiert. Die Entfernung bezeichnet dabei die Länge des Lichtweges von der Lichtquelle oder dem Zwischenbild der Lichtquelle zum Detektor. Ein zweiter Detektor oder ein zweiter Satz zweiter Detektoren ist in einer größerer Entfernung zur Lichtquelle oder einem Zwischenbild der Lichtquelle angeordnet als der erste Detektor oder der erste Satz Detektoren. Bevorzugt beträgt die Entfernung vom zweiten Detektor oder zweitem Satz Detektoren mehr als 1.5-fache der Entfernung von der Lichtquelle zum ersten Detektorbzw. erstem Satz von Detektoren.
Der zweite Detektor oder der zweite Satz von Detektoren erfasst ebenfalls die laterale Koordinatenrichtungen der Keule bzw. des Strahlbüschels in der größeren Entfernung. Durch Berechung der Ablage des Strahlungskegels an diesen zwei Entfernungen können Fokuslage und Richtung bestimmt werden. In nachfolgender Ableitung wird angenommen, daß die Positionen eines Strahlbüschels beispielsweise über den Schwerpunkt des Strahlungsbüschels oder mittels ausgezeichneter Strahlen in den Ebene z = Zi und z = Z2 bestimmt wird, wobei die Ebenen nahezu senkrecht zum Schwerstrahl des Strahlbüschels ausgerichtet sind. Weicht nun die räumliche Lage und Richtung des Strahlbüschels von der Soll-Lage und Richtung ab, so kann aus der Differenz der Positionsmessungen Xi und X2 in Ebenen Zi und Z2 der abweichende Strahlwinkel α bestimmt werden über
tanor = — • • •> — -"J 1 -
Z2 — Z,
Gleichzeitig kann der Strahlversatz X0 in der Ebene z = 0 bestimmt werden zu
X0 = ] - Z[ tan a
Somit sind über in zwei in Ausbreitungsrichtung des Strahlenkegels entfernt zueinander angeordnete Detektoren Lage und Richtung eines Strahlungskegels bestimmbar.
Alternativ wird in einer besonders bevorzugten Ausführung der zweite Detektor oder der zweite Satz Detektoren in einer Ebene platziert, in die mit Hilfe einer fokussierenden Hilfsoptik ein ungenutztes Teilbündel der Strahlung der Lichtquelle oder des Zwischenbildes der Lichtquelle abgebildet wird.
In dieser Ebene wird der zweite Detektor oder der zweite Satz Detektoren für laterale Positionsmessungen, z.B. den Quadrantendetektor, platziert. Dieser ist in der Lage, die relative Lageabweichung der beispielsweise dorthin abgebildeten Lichtquelle zu bestimmen. Eine Besonderheit dieser Anordnung ist, dass das refokussierte Bild nur bei lateralerPositionsänderungen der Lichtquelle oder des Zwischenbildes der Lichtquelle lateral wandert, beziehungsweise dann lateral an einem anderem Ort auf dem Detektor zum Liegen kommt, wenn weitere optische Komponenten wie beispielsweise ein Kollektor falsch justiert ist bzw. durch thermische Effekte seinen Justagezustand ändert. Über diese Art eines Detektors kann eine vollständige Entkoppelung von Position und Richtung des Strahlenbüschels erreicht werden. Hierdurch wird beispielsweise die Justage bzw. aktive Steuerung eines dejustierten Systems wesentlich erleichtert. Besonders bevorzugt ist die Hilfsoptik als multischichtbelegter Spiegel ausgeführt, der nur die Nutzwellenlänge, z.B. 13.5 nm, reflektiert. Damit wird verhindert, dass die Justage von Licht anderer Wellenlänge gestört wird.
Die Detektoren werden bevorzugter Weise an optischen Elementen oder deren Trägervorrichtungen angebracht, um einen stabilen Bezug zwischen relativer Positionsinformation in Bezug auf die optischen Elemente zu erhalten. In einer besonders bevorzugten Ausführung werden die Detektoren in ungenutzten Bereichen des Beleuchtungssystems angeordnet. Ungenutzte Bereiche des Beleuchtungssystems sind Bereiche des Beleuchtungssystems, die von einem Strahlbüschel, das von der Lichtquelle zur Feldebene des Beleuchtungssystems zwar ausgeleuchtet werden, aber nicht für die Ausleuchtung des Feldes in der Feldebene genutzt werden. Solche Bereiche entstehen beispielsweise in der Nähe des ersten facettierten Elementes oder Feldfacettenspiegels mit nur vollständig ausgeleuchteten Feldfacetten.
Bei der vorbestimmten Ausleuchtung A in der Ebene, in der der erste Detektor bzw. der erste Satz Detektoren angeordnet ist, handelt es sich bevorzugt um eine beinahe rotationssymmetrische, beispielsweise eine annulare oder elliptische Ausleuchtung. In einem solchen Fall kann mit drei Sensoren, die auf dem Trägerelement der ersten Komponente mit Rasterelementen angeordnet sind, sowohl ein Wandern der tatsächlichen Ausleuchtung, beispielsweise aufgrund der Tatsache, dass die optische Achse dejustiert wird, wie auch eine Veränderung der Größe des ausgeleuchteten Bereichs, detektiert werden.
Bevorzugt werden als Sensoren strahlungsempfindliche Halbleiter-Detektoren eingesetzt, beispielsweise aus Silizium. Ebenso können temperaturempfindliche Detektoren, beispielsweise pyroelektrische oder bolometrische verwendet werden. Diese Sensoren verfügen über hohe Empfindlichkeiten und können zur Erhöhung der räumlichen Auflösung aus mehreren Elementen aufgebaut werden. Das Beleuchtungssystem ist in einer bevorzugten Ausführungsform ein Beleuchtungssystem, das ein erstes Teilsystem umfasst, das erste optische Elemente umfasst, ein Objekt in einer Objektebene, beispielsweise eine Lichtquelle, in ein Zwischenbild in einer zur Objektebene konjugierten Ebene abbildet, und in ein zweites optisches Teilsystem, das zweite optische Elemente umfasst, welches ein Feld in einer Feldebene ausleuchtet, aufgeteilt.
Das erste optische Teilsystem wird oftmals auch als Quelle-Kollektor-Einheit beschrieben und das zweite optische Teilsystem als Hauptbeleuchtungssystem.
Mit dem bei einem Beleuchtungssystem mit erstem und zweitem Teilsystem beispielsweise auf dem Trägerelement der ersten optischen Komponente mit ersten Rasterelementen, d.h. dem Feldfacettenspiegel angeordneten mindestens einem Detektor, kann eine Dezentrierung des ersten Teilsystems gegenüber dem zweiten Teilsystem detektiert und aus den gewonnenen Signalen dann eine Justage der beiden Teilsysteme zueinander vorgenommen werden. Die erfindungsgemäße Anordnung von Sensoren auf dem Trägersubstrat erlaubt insbesondere bei mindestens zwei Sensoren sowohl eine Bestimmung der tatsächlichen Strahlposition, wie der Strahlrichtung des ersten Teilsystems relativ zum zweiten Teilsystem. Mit diesen Informationen ist es möglich, das erste Teilsystem zum zweiten Teilsystem auszurichten.
Zur Ausrichtung des ersten Teilsystems relativ zum zweiten Teilsystem ist es vorteilhaft, wenn in dem ersten optischen Teilsystem ein Spiegelelement mit einer Positioniereinrichtung angeordnet ist. Das Spiegelelement kann bevorzugt ein Gitterspektralfilter sein, wie in der US 2002-186811 A1 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung mitaufgenommen wird. In einer alternativen Ausführungsform kann der Gitterspektralfilter durch einen Planspiegel ersetzt sein, oder die Quelle der Quelle-Kollektor-Einheit selbst kann über eine Positioniereinheit verfahrbar ausgelegt sein.
Bevorzugt umfasst das Beleuchtungssystem eine Steuer- und Kontrolleinheit, wobei die Steuer- und Kontrolleinheit mit dem wenigstens einen Sensor auf dem Trägerelement verbunden ist sowie mit einer Positioniereinrichtung beispielsweise des Spiegelelementes. Die Steuer- und Kontrolleinheit ist bevorzugt derart gestaltet, dass beispielsweise die mit Hilfe der Sensoren aufgenommene tatsächliche Lage und/oder Stärke der Ausleuchtung mit einer vorbestimmten Lage und/oder Stärke der Ausleuchtung verglichen und Abweichungen hiervon bestimmt werden können. Aufgrund dieser Signale wird sodann die Positioniereinrichtung für ein optisches Element des Beleuchtungssystems, vorzugsweise ein Spiegelelement, insbesondere ein Gitterspektralfilter für das Spiegelelement angesteuert und das Spiegelelement durch Rotation und Verschiebung so verfahren und orientiert, dass die vorbestimmte Lage und/oder Stärke der Ausleuchtung beispielsweise am Zwischenbild bzw. auf dem Trägerelement des ersten optischen Elementes eines Beleuchtungssystems erreicht wird. Durch die Rotation und das Verschieben des Spiegelelementes wird im Wesentlichen das Zwischenbild der Lichtquelle verschoben, eingestellt und die Strahlungsrichtung justiert. Da eine Ansteuerung des Spiegelelements auch während der Belichtung möglich ist, erlaubt ein derartiger Aufbau eine Ausrichtung bzw. Justage der beiden Teilsysteme während des Belichtungsvorganges. Wenn das Stellsystem über mehr als zwei Stellachsen verfügt, können Position und Richtung des Strahlbüschels unabhängig voneinander eingestellt werden. Dazu ist beispielsweise ein Spiegel mit zwei rotatorischen und zwei translatorischen Achsen geeignet, oder auch zwei Spiegel mit je zwei rotatorischen AchsenJΞine besonders bevorzugte Vorrichtung zur Justage des Gitterspektralfilters ist in dem US-Patent US 4490041 gezeigt, dessen Offenbarungsgehalt vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung mit aufgenommen wird. In der US 4490041 ist die Halterung eines Spiegelelements beschrieben, die es erlaubt, dass durch eine Drehung um einen ausgezeichneten Drehpunkt, der reflektierte Strahl zwar in seiner Richtung wandert aber stets an einer festgelegten Position auf die Spiegeloberfläche auftrifft, d.h. der Auftreffpunkt eines Strahls eines Strahlbüschels bleibt im Wesentlichen konstant, wenn der Spiegel gedreht wird. Wird eine Vorrichtung wie in der US 4490041 beschrieben als Positionseinrichtung eingesetzt, so kann das Spiegelelement, insbesondere der Gitterspektralfilter, durch diese Positioniereinrichtung so verfahren und gedreht werden, dass eine getrennte Richtungsjustage und Positionsjustage möglich ist. Dazu wird der Gitterspektralfilter um den in der US 4490041 beschriebenen Drehpunkt, der eine Drehachse definiert, drehbar gelagert. Ein Richtungsfehler des Strahlbüschels beispielsweise im Bereich des Zwischenbildes, wie sie durch die vorgenannt beschriebenen Detektoren festegestellt wurden, kann nun durch Drehung um diesen ausgezeichneten Drehpunkt korrigiert werden, ohne dass die laterale Position verloren wird. Damit lässt sich eine besonders einfache Justage realisieren.
Neben dem Verfahren zur Positionierung der Ausleuchtung stellt die Erfindung auch ein Verfahren zur Steuerung der Stärke der Ausleuchtung in einem Beleuchtungssystem zur Verfügung. Hierzu wird, wie zuvor beschrieben, beispielsweise mit Hilfe der auf dem Trägerelement angeordneten Sensoren die tatsächliche Lage und/oder Stärke der Ausleuchtung aufgenommen, diese in der Auswerteeinheit ausgewertet und mit einer vorbestimmten Lage und/oder Stärke der Ausleuchtung verglichen und abhängig hiervon, eine Positionseinrichtung angesteuert, um die tatsächliche Lage und/oder Stärke der Ausleuchtung einzustellen.-
Anwendung findet die Erfindung insbesondere in einer EUV- Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie. Die Erfindung soll nachfolgend anhand der Ausführungsbeispiele beschrieben werden.
Es zeigen:
Figur 1a eine Gesamtansicht einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage mit einem Spiegelelement mit Positioniereinrichtung
Figur 1b eine Ausführungsform einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage mit einem Doppelkollektor Figuren 2a bis 2d prinzipielle Ansicht von Justagefehlem bei einem in zwei optische
Teilsysteme aufgeteilten EUV-Beleuchtungssystem
Figuren 3a bis 3b Ausleuchtung und Anordnung (des) der Sensors(en) in einer Ebene (57) entfernt von der Lichtquelle oder einem Bild der Quelle, beispielsweise auf einer Trägerplatte eines ersten optischen Elementes mit ersten Rasterelementen in Abhängigkeit von den Justagefehlem
Figuren 3c
Bis 3g Ausleuchtung und Anordnung des(der) Sensors(en) in einer Ebene, in der ein Bild der Lichtquelle ausgebildet wird.
Figur 4 Intensitätsverteilung entlang des Schnittes A-A in Figur 3a
Figur 5 Draufsicht auf ein als Feldfacettenspiegel ausgebildetes erstes optisches Element mit ersten Rasterelementen mit im ungenutzten Bereich angeordneten Sensoren.
Figur 6 Seitenansicht einer Justagevorrichtung für den Gitterspektralfilter zur mechanischen Entkopplung von Drehung und Lateral Justage im Zwischenfokus.
In Figur 1a ist eine EUV-Projektionsbelichtungsanlage gezeigt, bei der auf dem ersten optischen Element mit ersten Rasterelementen Sensoren zur Detektion von auf das Trägerelement auftreffendem Licht angeordnet sind. Die EUV- Projektionsbelichtungsanlage umfasst eine Lichtquelle mit einem EUV-Strahlung aussendenden Quellplasma 1 , ein sammelnde optische Komponente, einen sog. Kollektor 3, der als genesteter Kollektor gemäß der WO 02/065482, deren Offenbarungsgehalt vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung miteingeschlossen wird, ausgebildet ist. Der Kollektor 3 bildet die in der Objektebene des Beleuchtungssystems liegende Lichtquelle 1 in ein Zwischenbild Z der Lichtquelle 1 oder eine sekundäre Lichtquelle in einer zur Objektebene 2 konjugierten Ebene 7 ab. In oder nahe zur Objektebene 2 konjugierten Ebene 7 ist eine physikalische Blende 22 angeordnet.
Voriiegend ist die Lichtquelle 1 , die beispielsweise eine Laser-Plasma-Quelle oder eine Plasma-Entladungsquelle sein kann, in der Objektebene 2 des Beleuchtungssystems angeordnet. In der zur Objektebene 2 konjugierten Ebene 7 des Beleuchtungssystems 10 kommt das Zwischenbiid Z der primären Lichtquelle 1 zum Liegen, die auch als sekundäre Lichtquelle bezeichnet wird.
Als das erste optische Teilsystem 12 des Beleuchtungssystems 10 wird in vorliegender Anmeldunά/ das optische Teilsystem von der Lichtquelle 1 bis zum Zwischenbild Z der Lichtquelle 1 verstanden.
Das erste Teilsystem 12, das auch als Quelle-Kollektor-Einheit bezeichnet wird, umfasst neben dem Kollektor 3 als Spiegelelement ein Gitterelement 14 und einer Positioniereinrichtung 16.
Ein solches Gitterelement 14, das auch als Gitterspektralfilter bezeichnet wird, ist beispielsweise in der US2002-186811 A1 gezeigt, deren Offenbarungsgehalt vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung mitaufgenommen wird. Wie in der US 2002-186811 A1 beschrieben, kommt in der Ebene 7, in der die Blende 22 angeordnet ist, der Fokus der -1. Ordnung zu liegen, d.h. die Lichtquelle wird durch Kollektor und Gitterelement in der -1. Beugungsordnung nahezu stigmatisch in die Ebene der Blende abgebildet und ergibt dort eine sekundäre Lichtquelle bzw. ein Zwischenbild Z der Lichtquelle 1. Alle anderen Beugungsordnungen, beispielsweise die 0. Beugungsordnung, werden durch die Blenden 22 für längerwelliges Licht, beispielsweise D UV-Licht, geblockt. Des Weiteren umfasst das Beleuchtungssystem 10 des Projektionssystems ein zweites optisches Teilsystem 50 zur Formung und Ausleuchtung der Feldebene 100 mit einem ringförmigen Feld sowie möglichst zentrische Füllung der Eintrittspupille der Projektionsoptik, wie in dem Patent US 6 438 199 B1 beschrieben, dessen Offenbarungsgehalt vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung miteingeschlossen wird. In der Feldebene 100 ist auch das lokale x,y,z-Koordinatensystem eingezeichnet. Das zweite optische Teilsystem 50 umfasst als Mischeinheit 52 zur homogenen Ausleuchtung des Feldes eine erste optische Komponente 56 mit ersten Rasterelementen und eine zweite optische Komponente 58 mit zweiten Rasterelementen. Die ersten und zweiten Rasterelemente sind auf einem ersten und einem zweiten Trägerelement angeordnet. Diesbezüglich wird betreffend das erste optische Element auf Figur 5 verwiesen. Die erste optische Komponente 56 und die zweite optische Komponente 58 mit ersten bzw. zweiten Rasterelementen werden in einer reflektiven Ausführungsform auch als Feldfacettenspiegel und Pupillenfacettenspiegel bezeichnet. Ferner umfasst das zweite optische Teilsystem 50 zusätzlich zur Mischeinheit 52 eine Abbildungsoptik 63 mit zwei abbildenden Spiegeln 62, 64 und einem feldformenden grazing-incidence Spiegel 70.
Der Feldfacettenspiegel 56, erzeugt eine Vielzahl von Lichtquellenbildern. Wenn wie im vorliegenden Fall ein Zwischenbild Z der Lichtquelle ausgebildet wird, so wird die Vielzahl dieser Lichtquellenbilder als tertiäre Lichtquellen bezeichnet. Die tertiären Lichtquellen liegen in einer Ebene 59, die konjugiert zur Ebene 2 der Lichtquelle bzw. der Ebene 7 des Zwischenbildes Z ist. In oder in der Nähe dieser Ebene 59 ist bei einem doppelt facettierten Beleuchtungssystem, wie in Figur 1 gezeigt, ein Pupillenfacettenspiegel 58 angeordnet. Der Pupillenfacettenspiegel umfasst ein Trägerelement auf dem eine Vielzahl von Pupillenfacetten angeordnet sind.
Auf dem Trägerelement des Pupillenfacettenspiegels bzw. in der Nähe, beispielsweise in der Ebene 59 ist in einer Ausführungsform der Erfindung mindestens ein Detektor 61 zur Detektion von Positionsdejustagen des ersten und zweiten Teilsystems 12, 50 angeordnet. Bevorzugt handelt es sich hierbei um einen Quadrantendetektor 650. Alternativ kann in einer in Figur 3e gezeigten Ausführungsform der Erfindung die Strahlung auch auf einen separat angeordneten, beispielsweise neben oder entfernt zu dem Pupillenfacettenspiegel angeordneten Quadrantendetektor 650 gelenkt werden. Der Quadrantendetektor 650 ist wiederum bevorzugt in einer Ebene angeordnet, in der ein tertiäres Lichtquellenbild ausgebildet wird.
Um das Licht auf den Quadrantendetektor 650 zu lenken, wird beispielsweise auf dem Feldfacettenspiegel ein Auskoppelspiegel wie in Figur 5 gezeigt, angeordnet. Dabei ist der Neigungswinkel und der Krümmungsradius des Auskoppelspiegels derart gewählt, daß ein Lichtquellenbild auf dem Quadrantendetektor ausgebildet wird. Die Auslegung eines solchen Spiegels liegt im Bereich des fachmännischen Könnens.
Die im Lichtweg von der Lichtquelle 1 zur Feldebene 100 nachfolgende Abbildungsoptik 63 bildet den Pupillenfacettenspiegel in die Austrittspupille des Beleuchtungssystems ab, welche in der Eintrittspupille 200 des Projektionsobjektives 202 zum Liegen kommt. Die Eintrittspupille 200 des Projektionsobjektives 202 ist durch den Schnittpunkt eines Hauptstrahles CR eines Strahlbüschels, das beispielsweise vom zentralen Feldpunkt (0,0) des ausgeleuchteten Feldes in der Feldebene 100 ausgeht, mit der optischen Achse HA des Projektionsobjektives 202 gegeben.
Die Neigungswinkel der einzelnen Facetten des Feld- 56 und des Pupillenfacettenspiegel 58 sind so ausgelegt, dass sich die Bilder der einzelnen Feldfacetten des Feldfacettenspiegels in der Feldebene 100 des Beleuchtungssystems überlagern und somit eine weitgehend homogenisierte Ausleuchtung der strukturtragenden Maske 10t, welche in dieser Feldebene zum Liegen kommt, ermöglicht wird. Das Segment des Ringfeldes wird beispielsweise über den unter streifenden Einfall betriebenen feldformenden grazing-incidence Spiegel 70 ausgebildet. In einer alternativen Ausführungsform können trivialerweise die Feldfacetten selbst die Form des auszuleuchtenden Feldes haben, also Ringsegmentförmig sein.
Die in der Feldebene 100 angeordnete strukturtragende Maske 101 , die auch als Retikel bezeichnet wird, wird mit Hilfe eines Projektionsobjektives 202 in die Bildebene 204 der Feldebene 100 abgebildet. Das Projektionsobjektiv ist ein 6- Spiegel-Projektionsobjektiv wie beispielsweise im US-Patent 6,353,470 offenbart, dessen Offenbarungsgehalt vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung mitaufgenommen wird. In der Bildebene 204 des Projektionsobjektives ist das zu belichtende Objekt, beispielsweise ein Wafer, angeordnet.
Gemäß der Erfindung ist in einer Ebene 57 die entfernt zur Lichtquelle 1 oder einem Zwischenbild Z der Lichtquelle ist , mindestens ein Sensor angeordnet, der die tatsächliche Ausleuchtung TA in dieser Ebene detektiert. Gemäß der Erfindung ist dieser mindestens eine Sensorin einem Bereich in der Ebene 57 angeordnet, der durch eine vorbestimmte Ausleuchtung A definiert ist, aber nicht für die Ausleuchtung des Feldes in der Feldebene 100 der Projektionsbeüchtungsanlage genutzt wird. Besonders vorteilhaft ist es, den mindestens einen Sensor 300 auf dem Trägerelement des Feldfacettenspiegel 56 in einer Ausführungsform gemäß der Erfindung anzuordnen. Die Sensoren 300 detektieren die tatsächliche Ausleuchtung TA auf dem Trägerelement des ersten Facettenspiegels 56. Der erste Facettenspiegel ist in einer Ebene 57 entfernt zum Zwischenbild Z der Lichtquelle angeordnet, in der eine vorbestimmte Ausleuchtung A zur Verfügung gestellt werden soll. Eine detaillierte Ansicht von auf dem Trägerelement angeordneten Sensoren zeigt Figur 5. Die Signale der Sensoren 300 werden über beispielsweise eine elektrische Verbindung 302 an die Stell- und Steuereinheit 304 übermittelt. In der Stell- und Steuereinheit wird die tatsächliche gemessene Ausleuchtung TA mit der vorbestimmten Ausleuchtung A beispielsweise eines justierten System verglichen und in Abhängigkeit von der festgestellten Abweichung mit Hilfe der Positioniereinrichtung 16 das Gitterelement 14 um die eingezeichnete Rotationsachse RA rotiert bzw. entlang der eingezeichneten lokalen y-Achse verschoben. Auf diese Art und Weise kann bei einem Beleuchtungssystem mit Zwischenbild Z das Zwischenbild Z in seiner Lage, verschoben und erstes und zweites Teilsystem zueinander in seiner Richtung wie in Figur 3a-3b beschrieben justiert werden.
Eine Ausführungsform einer Positionseinrichtung 16 ist in Figur 7 gezeigt.
In einer alternativen Ausführungsform kann statt dem Gitterelement 14 auch die Position des Quellplasmas 1 veränderbar ausgelegt sein, d.h. die Quelle mit mechanischen bzw. elektrischen Komponenten der Quelle 11 verfahrbar ausgeführt werden, was insbesondere von Vorteil ist, wenn das Quellpiasma 1 durch Alterungserscheinungen während des Betriebes seinen Ort ändert. Besonders bevorzugt werden mehrere Komponenten als manipulierbar ausgelegt, beispielsweise die Quelle 11 , das Gitterelement 14, oder die gesamte Quell- Kollektor-Einheit 12.
In Figur 1 b ist ein Ausschnitt einerweiteren Ausführungsform einer Projektionsbelichtungsanlage von der Lichtquelle bis zum ersten Zwischenfokus Z gezeigt. Zusätzlich zum genesteten Kollektor 3 ist bei der Ausführungsform gemäß Figur 1 b ein weiterer Kollektor 4 vorgesehen, der im Halbraum hinter der Lichtquelle 1 angeordnet ist. Dieser nimmt das in den hinteren Halbraum abgestrahlte Licht auf und refokussiert es in oder nahe zur Lichtquelle 1 , so dass in oder nahe der Lichtquelle ein Bild der Lichtquelle ausgebildet wird. Sowohl die rückreflektierte und in das Bild der Lichtquelle fokussierte Strahlung wie auch die von der Lichtquelle in den vorderen Halbraum emittierte Strahlung werden durch den Kollektor aufgenommen und in ein Zwischenbild Z in einer Zwischenbildebene 7 der Projektionsbelichtungsanlage abgebildet. Auf diese Art und Weise ist es möglich, die Leistung einer Lichtquelle, die in der Projektionsbelichtungsanlage zur Verfügung steht, um beispielsweise das 1 ,5-fache zu steigern, insbesondere im Zusammenhang mit Laser-Plasma-Quelle, welche EUV-Licht mit 13.5nm in einen großen Raumwinkel in nahezu alle Richtungen abstrahlen. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist mindestens ein Detektor 61 in einer Ebene 59 angeordnet, in der ein Lichtquellenbild, beispielsweise tertiäre Lichtquellen ausgebildet werden. Mit Hilfe des Signals, das von diesem Detektor 61 geliefert wird, kann eine Positionsjustage des Systems wie in den Figuren 3c-3e beschrieben erreicht werden. Das vom Detektor 61 gelieferte Signal wird hierfür an die Auswerteeinheit 304 übermittelt, die die Postioniereinrichtung 16, hier das Gitterelement entsprechend ansteuert.
In den Figuren 2a bis 2d sind mögliche Dejustagen eines Beleuchtungssystems gezeigt, bei dem ein Zwischenbild Z der primären Lichtquelle des Beleuchtungssystems ausgebildet wird. Das Zwischenbild Z teilt das Beleuchtungssystem in ein erstes Teilsystem 12 und ein zweites Teilsystem 50. In Figur 2a ist das erste Teilsystem 12 relativ zum zweiten Teilsystem 50 justiert. Die . optischen Achse 400.1 , 400.2 von erstem und zweitem Teilsystem stimmen überein und das Zwischenbild Z der Lichtquelle kommt in einer Ebene 7 zu liegen, die konjugiert zu der Ebene 2 ist, in der die Lichtquelle 1 des Beleuchtungssystems positioniert ist. In der zur Lichtquellenbildebene 2 konjugerten Ebene 7 kann bevorzugt eine physikalische Blende 22 angeordnet sein.
In den Figuren 2b bis 2d sind die drei möglichen Dejustagen von erstem und zweitem Teilsystem 12, 50 des Beleuchtungssystems gezeigt.
In Figur 2b ist eine Richtungsdejustage von erstem und zweitem Teilsystem 12, 50 gezeigt. Richtungsdejustage bedeutet, dass zwar die Ebene 7, in der das Zwischenbild Z zu liegen kommt, mit der Ebene 23 in der die physikalische Blende 22 angeordnet ist, zu Deckung kommt; die optische Achse 400.1 des ersten Teilsystems jedoch gegen die optische Achse 400.2 des zweiten Teilsystems geneigt ist. Mit Hilfe des mindestens einen in Entfernung zur Zwischenbildebene 7 angeordneten Detektor ist es möglich, die Verkippung der optischen Achse 400.1 des ersten Teilsystems zur optischen Achse 400.2 des zweiten Teilsystems zu bestimmen und so die erste optische Achse 400.1 zur zweiten optischen Achse 400.2 auszurichten, d.h. das System bezüglich der Strahlungsrichtung zu justieren. Unter Entfernung wird in vorliegender Anmeldung die Strecke des Lichts von der Zwischenbildebene 7 bis zum Auftreffpunkt auf den Detektor verstanden. Dabei ist zu beachten, daß die Entfernung des Detektors zur Quelle bzw. zum Zwischenbild der Quelle die Auflösung bzw. Meßgenauigkeit beeinflußt. Je größer die Entfernung gewählt wird, desto höher ist die Auflösung. Typischerweise sollte sich die Auflösung im Bereich von weniger als 1mrad bewegen. Beträgt die Entfernung zwischen Detektor und Lichtquelle etwa 1 m, so führt eine Winkelfehler von 1mrad zu einer seitlichen Versatz der Ausleuchtung von 1mm. Mit einem etwa 1 mm großem Detektor kann damit in 1m Entfernung eine Winkelausflösung von wesentlich besser als 1 mrad erreicht werden. Die Meßgenauigkeit hängt dabei neben der Entfernung vom Zwischenfokus auch vom Gradienten der lateralen Ausleuchtungsverteilung ab, d.h. wie sehr sich ein Detektorsignal bei seitlichem Versatz einer Ausleuchtung ändert. Wie in Figur 4 erörtert, wählt man die Detektorposition bevorzugt im Bereich des maximalen Gradienten der Ausleuchtungsverteilung, beispielsweise am Rand der Ausleuchtung.
Wenn in dieser Anmeldung die Rede davon ist, daß der Detektor entfernt zur Lichtquelle oder zum Zwischenbild der Licht angeordnet ist, so bedeutet dies, daß die Entfernung in der Regel so gewählt wird, daß bei vorgegebener Detektorgröße eine Auflösung von weniger als 1 mrad erreicht wird.
Bevorzugt wird der mindestens eine in einer Entfernung zur Zwischenbildebene 7 angeordnete Detektor in einer zur Feldebene 100 des Beleuchtungssystems konjugierten Ebene, insbesondere der Ebene 57 des Beleuchtungssystems, in der das erste optische Element mit ersten Rasterelementen, beispielsweise bei reflektiven Systemen der Feldfacettenspiegel 56 angeordnet ist, positioniert. Bevorzugt wird eine Positionierung des mindestens einen Detektors in der zur Feldebene konjugierten Ebene außerhalb des bei einem justiertem System genutzten Bereiches gewählt. Unter genutztem Bereich wird in dieser Anmeldung verstanden, daß dieser Bereich in der Ebene 57 zur Ausleuchtung der Feldebene 100 beiträgt. Bei einem Feldfacettenspiegel ist der genutzte Bereich im Sinne dieser Anmeldung, der Bereich, der mit einer vorbestimmten Ausleuchtung A ausgeleuchtet wird und in dem Feldfacetten angeordnet sind, die das Licht im ausgeleuchteten Bereich aufnehmen und reflektieren, so dass ein Feld in einer Feldebene ausgeleuchtet wird.
Dies ist näher in der Beschreibung zu Figur 5 erklärt.
Figur 2c zeigt den Fall der lateralen Positionsdejustage von erstem und zweitem Teilsystem 12.50. Im Falle einer lateralen Positionsdejustage kommt das Zwischenbild Z der Lichtquelle zwar in der Zwischenbildebene 7 zu liegen, durchstößt aber diese Ebene nicht zentrisch zur optischen Achse 400.2 des zweiten optischen Systems, in der die physikalische Blende 22 angeordnet ist, d.h. die Blende blockiert den Durchtritt von Strahlung in das zweite Teilsystem. Diese so genannte laterale Positionsdejustage von erstem und zweitem Teilsystem 12, 50 kann mit Hilfe mindestens eines Detektors, der in einer zur Zwischenbildebene 7 bei justiertem System konjugierten Ebene 59 angeordneten ist, und die Größe und Position des resultierenden Lichtflecks erkennt, detektiert werden.
Figur 2d zeigt den Fall der axialen Positionsdejustage von erstem und zweitem Teilsystem. Im Falle einer axialen Positionsdejustage kommt das Zwischenbild Z der Lichtquelle in einer Zwischenbildebene 7 zu liegen, die beispielsweise im Lichtweg von der Lichtquelle zur Feldebene hinter der Blendenebene 23 zu liegen kommt, in der die physikalische Blende 22 angeordnet ist, d.h. Zwischenbildebene 7 und Blendenbene 23 kommen in diesem Fall nicht mehr zur Deckung. Diese so genannte Positionsdejustage von erstem und zweitem Teilsystem 12, 50 kann mit Hilfe mindestens eines Detektors, der in einer zur Zwischenbildebene 7 bei justiertem System konjugierten Ebene 59 angeordneten ist, detektiert werden. So ist bei ideal justiertem System der Lichtfleck von minimaler Ausdehnung. Bei axialer Dejustage wird Ausdehnung des Lichtflecks zunehmen und damit detektierbar. Bevorzugt wird ein derartiger Detektor zur Detektion der axialen Positionsdejustage in der Ebene des Beleuchtungssystems angeordnet, in der das zweite optische Element mit Rasterelementen, beispielsweise bei reflektiven doppelt facettierten Systemen der Pupillenfacettenspiegel 58 positioniert ist.
Wird ein sowohl in Position wie Richtung dejustiertes System justiert, so wird bevorzugt in einem ersten Schritt eine Richtungsjustage vorgenommen. Die optische Achse 400.1 von erstem Teilsystem 12 und die optische Achse 400.2 des zweiten Teilsystems sind dann zueinander ausgerichtet. In einem daran anschließenden zweiten Schritt wird die Position justiert. Danach kann der Vorgang wiederholt werden, bis ein gewünschter Justagezustand erreicht ist.
Die Figuren 3a bis 3b zeigen die sich für die jeweiligen Fälle in den Bildern 2a bis 2b ergebenden tatsächlichen Ausleuchtungen in der Ebene, in der der erste Detektor bzw. die erste Detektorenengruppe angeordnet sind.
In Figur 3a ist die Ausleuchtung in der entfernt zum Zwischenbild Z angeordneten Ebene 57, in der mindestens ein Detektor zur Detektion der Richtungsdejustage positioniert ist, für den Fall eines ideal justierten Systems gezeigt. Bevorzugt handelt es sich bei der Ebene 57 um die Ebene, in das erste optische Element 56 mit Rasterelementen angeordnet ist. Die tatsächliche Ausleuchtung TA entspricht einer vorbestimmten Ausleuchtung A in dieser Ebene. Die vorbestimmte Ausleuchtung A ist die Ausleuchtung, die in dieser Ebene für ein ideal justiertes System erwartet wird. Die Ausleuchtung kann beispielsweise kreisförmig, leicht elliptisch und/oder annular sein. Beispielhaft wird eine annulare Ausleuchtung gezeigt. Insgesamt sind drei Detektoren 500.1 , 500.2, 500.3 entfernt vom Zwischenbild Z in der Ebene 57, jeweils am Rand der hier beispielhaft gezeigten annularen, vorbestimmten Ausleuchtung A angeordnet. Bevorzugt ist in der Ebene 57 der Feldfacettenspiegel 56 positioniert. Der Feldfacettenspiegel 56 umfasst beispielsweise eine Trägerplatte und eine Vielzahl von Facettenspiegeln, die auf der Trägerplatte aufgebracht sind. Detailliert ist ein Facettenspiegel mit darauf angeordneten Sensoren in Figur 5 gezeigt. Gut zu erkennen ist, dass die Detektoren oder Sensoren 500.1 , 500.2, 500.3. am Rand der vorbestimmten Ausleuchtung A angeordnet sind. Ist nun ein System richtungsdejustiert, so ist die tatsächliche Ausleuchtung TA in der Ebene 57, in der die Detektoren angeordnet sind, wie in Figur 3b gezeigt, lateral versetzt. Wie deutlich zu erkennen, ist der Schwerpunkt SA der tatsächlichen Ausleuchtung TA gegenüber dem Schwerpunkt S der vorbestimmten Ausleuchtung A, wie sie in Figur 3a dargestellt ist, nach rechts oben verschoben. Dies bedeutet, dass der Sensor 500.1 mehr Lichtintensität detektiert, während die Sensoren 500.2, 500.3 weniger Lichtintensität detektieren. In Figur 3b ist dies stark übertrieben dargestellt, in diesem übertriebenen Fall würden die Detektoren
500.2 und 500.3 sogar gar keine Lichtintensität mehr detektieren. In realen Systemen verschwindet die Intensität der Ausleuchtung, wie in Figur 4 gezeigt, nicht schlagartig, sondern es bildet sich ein kontinuierlicher Übergangsbereich von einigen mm Breite. Ist die Verschiebung geringer als dieser Übergangsbereich, werden beispielsweise drei unterschiedliche Intensitäten mit den Detektoren 500.1 bis 500.3 gemessen. Aus den Intensitätssignalen der drei Sensoren 500.1 , 500.2,
500.3 kann in der Auswerteeinheit die Dejustage des Systems bestimmt werden und eine Positioniereinrichtung 16, beispielsweise Aktuatoren zum Drehen bzw. Verfahren eines Gitterspektralfilters 14 angesteuert werden. Aufgrund der durch Vergleich der tatsächlichen Ausleuchtung TA mit der vorbestimmten Ausleuchtung A ermittelten Signale kann mit Hilfe der Positioniereinrichtung 16 so rotiert und/oder verfahren werden, dass die optische Achse des ersten Teilsystems zur optischen Achse des zweiten Teilsystems justiert wird und die vorbestimmte Ausleuchtung A gemäß Figur 3a in der Ebene 57 in der bevorzugt der Feldfacettenspiegel angeordnet ist, eingestellt wird.
Die ausgeführte erfindungsgemäßen Detektionseinheit ist keineswegs auf drei Detektoren beschränkt. So ist es für eine Bestimmung der lateralen Verschiebung ausreichend, wenn auch nur 2 Detektoren zur Verfügung gestellt werden. Zur Redundanz, d.h. Sicherheit gegenüber des Ausfalls einzelner Detektoren ist es jedoch besonders vorteilhaft, mehrere Detektoren anzubringen. Dies ist insbesodnere von Vorteil, da die Projektionsbelichtungsanlage mit EUV-Strahlung im Betrieb evakuiert werden muß, d.h. im Allgemeinen nicht zugänglich ist, und somit Fehler nicht einfach von außerhalb des Vakuumbehälters gefunden nd behoben werden können.
Figur 3c zeigt die Ausleuchtung in einer zum Zwischenbild Z der Lichtquelle konjugierten Ebene 59, in der beispielsweise ein Pupillenfacettenspiegel platziert ist. In der Ebene 59 werden'eine Vielzahl von Bildern 600 der Lichtquelle 1 , die durch den Feldfacettenspiegel erzeugt werden, ausgebildet. Die Anzahl dieser Lichtquellenbilder entspricht der Anzahl der ausgeleuchteten Feldfacetten. Sie sind mit der Bezugsziffer 600 bezeichnet. Gemäß der Erfindung ist zur Detektion einer Positionsdejustage auf dem Trägerelement des Pupillenfacettenspiegels mindestens ein Detektor 602 angeordnet. Bevorzugt wird das Licht auf den auf dem Trägerelement des Pupillenfacettenspiegels angebrachten Detektor 602 mit Hilfe einer refokussierenden Optik, beispielsweise einen auf dem Feldfacettenspiegel angeordneten Auskoppelspiegel, wie in Figur 5 gezeigt, gelenkt. Die Größe des Detektors 602 ist so dimensioniert, dass das Lichtquellenbild, inklusive möglicher Dejustagen auf der Detektorfläche fallen kann, d.h. die laterale Ausdehnung des Detektors entspricht der Größe des Lichtquellenbildes plus zweimal die maximal detektierbare laterale Dejustage, die gegebenenfalls mit dem Abbildungsmaßstab der refokussierenden Optik multipliziert wird. Tritt eine laterale Positionsdejustage von erstem und zweitem System auf, so liegt wie in Figur 2c gezeigt das Zwischenbild Z der Lichtquelle in der Ebene 59 neben der Achse, in der die physikalische Blende 22 angeordnet ist. Dies führt dazu, dass am Ort an dem der Detektor 602 angeordnet ist, beispielsweise auf dem Pupillenfacettenspiegel das mit Hilfe der refokussierenden Optik erzeugte Bild der Lichtquelle entweder gar nicht mehr detektierbar bzw. falls noch Licht durch die Blende 22 fällt, verschoben ist. Der Lichtfleck fällt dann nicht mehr zentrisch auf den Detektor, der bevorzugt als Quadrantendetektor 650 ausgeführt ist. Dies hat zur Folge, dass das Asymmetriesignal, das von den vier Detektoren des Sensors geliefert wird, bei einem in der lateralen Position dejustierten System von Null verschieden ist. Aus dem Asymmetriesignal lässt sich somit die laterale Ablage der Dejustierung bestimmen und wiederum ein Signal ableiten, mit dem die Positioniereinrichtung 16 beispielsweise des Gitters angesteuert werden kann.
Darüber hinaus können die Signale aller Detektoren addiert werden, es steht dann ein relatives. Signal über den integralen Strahlungsfluss zur Verfügung.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Licht, das auf den Feldfacettenspiegel fällt mittels eines Multilayerspiegels ausgekoppelt wird. Durch die Beschichtung des Multilayerspiegels wird gewährleistet, dass nur Strahlung der Nutzwellenlänge von bespielsweise 13,5 nm auf einen der Detektoren gelangt. Da von der Lichtquelle auch noch Strahlung anderer Wellenlängen emittiert wird, die auch aus anderen Volumenbereichen der Quelle stammen können, ist es möglich mit einer derartigen Anordnung exakt die Lage Quelle bzw. des Zwischenbildes nur der Nutzwellenlänge zu bestimmen. So ist ein Si-Halbleiterdetektor auch für sichtbares Licht empfindlich, diese Strahlung entsteht aber auch in weniger heißen Bereichen der Plasmaquelle und damit an deutlich anderen Positionen. Ohne eine filternde Komponente kann der Justageprozess irregeführt und auf das scheinbare Maximum, z.B. das des sichtbaren Lichts optimiert werden.
In Figur 3d ist ein Quadrantendetektor, wie er zur Messung der lateralen Positionsdejustage eingesetzt wird, gezeigt. Eingezeichnet ist der Lichtfleck 1000, der auf den Detektor 602, der als Quadrantendetektor 650 ausgeführt ist, fällt. Bei dem Quadrantendetektor handelt es sich um vier Siliziumdetektoren 652.1 , 652.2, 652.3, 652.4.
Ebenfalls eingezeichnet ist das lokale x-, y-Koordinatensystem und die gemessenen Intensitäten h bis l von dem jeweiligen Quadrantendetektoren gemessen und an die Steuer-und Kontrolieinheit weitergeleitet werden. Aus diesen gemessenen Größen bis l4 können die Asymmetriesignale:
4 = '■ -'» + A, -
7, +J,
und die Summensignale:
S2 =/2 +/4 erhalten werden. Hiermit lässt sich die laterale Position eines dejustierten Systems wie zuvor beschrieben bestimmen. Auch andere Auswertungen sind möglich, mit denen die Positionsbestimmung erfolgen kann.
In Figur 3e ist der Verlauf des Asymmetriesignals Ai in Abhängigkeit von der Justage in Diagonalenrichtung Δx gezeigt. Eine optimale Justage liegt vor im Nulldurchtritt
Tritt dagegen eine axiale Dejustage auf, wie in Figur 2d gezeigt muss der Detektor in der Ebene 59 entweder die Bestrahlungsdichte oder die Ausdehnung des refokussierten Zwischenfokus detektieren. Hierzu muss z.B. der Quadrantendetektor so modifiziert werden wie in Fig. 3f gezeigt. Zusätzlich zu den Quadrantendetektoren 652.1 , 652.2, 652.3, 652.4, ist eine zusätzliche Detektorfläche 654 im Zentrum angeordnet, die bevorzugt deutlich kleiner als der Durchmesser des refokussierten Bildes 1000 in Ebene 59 ist. Damit kann mit dem Detektor die Bestrahlungsdichte gemessen und eine axiale Dejustage des Zwischenbildes erkannt werden. Der Durchmesser des defokussierten Bildes der Lichtquelle ist mit 612 angegeben. Liegt eine solche axiale Dejustage vor, so nimmt die Bestrahlungsstärke I in Ebene 59 in der Regel ab und ein entsprechendes Korrektursignal kann zur Auswerteeinheit bzw. Manipulatoreinheit geschickt werden.
in Figur 3g ist der Verlauf der Bestrahlungsstärke, wie er vom Detektor 654 erfasst wird, dargestellt. Bei einem fokussierten System, das in Figur 3f ein Lichtquellenbild, das mit der Bezugsziffer 610 gekennzeichnet ist, hervorruft, führt zu einer Bestrahlungsstärke 660.1. Ist das System axial justiert, so wird ein Lichtquellenbild 1000 in der Ebene 59 mit minimalem Durchmesser, d.h. maximaler Intensität ausgebildet. Die Intensität der Bestrahlungsstärke bei einem dejustierten System, die vom Detektor aufgenommen wird, ist mit der Bezugsziffer 660.2 gekennzeichnet.
Ein Beleuchtungssystem mit Detektoren an Orten, die sowohl entfernt zum Zwischenbild Z, beispielsweise auf dem Feldfacettenspiegel angeordnet sind, und zusätzlich in einer Ebene, die konjugiert zur Ebene der Lichtquelle bzw. des Zwischenbildes ist, ist zwar vorteilhaft, aber keineswegs zwingend erforderlich zur Praktizierung der Erfindung. Es sind auch Ausführungsformen denkbar, bei denen Detektoren nur entfernt zum Zwischenbild, beispielsweise auf dem Feldfacettenspiegel positioniert sind. Als Detektoren kommt auch ein Array von Detektoren, beispielsweise eine CCD-Kamera in Betracht, mit der in einer Ebene 57 direkt die Lichtquelle beobachtet werden kann. Eine solche Anordnung bietet sich an, wenn ein Beleuchtungssystem beispielsweise kein Zwischenbild der Quelle aufweist und die Lichtquelle 1 aufgrund des aufgenommen Signals positioniert und so das Beleuchtungssystem justiert werden kann.
Selbstverständlich sind Kombinationen der in den Figuren 2b und 2d gezeigten Dejustagen von optischer Achse und Lage des Zwischenbildes möglich. Auch derartige Dejustagen können mit dem erfindungsgemäßen System detektiert und mit Hilfe der Positioniereinrichtung, die das Spiegelelement, vorliegend das Gitterelement, entsprechend positioniert, auch während des Belichtungsprozesses korrigiert werden.
Eine besonders sensitive Detektion ist möglich, wenn die Sensoren 500.1 , 500.2, 500.3, die auf dem Trägerelement des Feldfacettenspiegels am Rand der vorbestimmten Ausleuchtung angeordnet sind. Wie in Figur 4 anhand des Intensitätsverlaufs entlang des Schnittes A-A, der in Richtung der x-Achse gemäß Figur 3a verläuft, dargestellt, befinden sich bevorzugt die Sensoren 500.1 , 500.2, 500.3 im Bereich des Intensitätsanstieges sind, also am Rand der Ausleuchtung angeordnet und detektieren daher bei nur geringfügigen Verschiebungen der Ausleuchtung große Intensitätsunterschiede. Ein besonders bevorzugter Ort der Sensoren ist eine Anordnung an dem Ort, an dem der halbe maximale Intensitätswert lmaχ/2 erreicht wird.
In Figur 5 ist die erste optische Komponente 56 gemäß Figur 1 mit ersten Rasterelementen 150 gezeigt. Die ersten Rasterelemente 150 sind in zehn zueinander beabstandeten Blöcken 152.1 , 152.2, 152.3, 152.4, 152.5, 152.6, 152.7, 152.8, 152.9, 152.10 angeordnet.
In dem durch die Zentralabschattung 154 des Kollektors 3 nicht ausgeleuchteten Bereich sind keine Rasterelemente 150 angeordnet.
In einer reflektiven Ausführungsform der Erfindung sind die ersten Rasterelemente Facettenspiegel. Diese können, müssen aber nicht eine optische Wirkung aufweisen. Die ersten Rasterelemente .150 sind auf einem Trägerelement 156 angeordnet. Deutlich zu erkennen ist die Anordnung der 122 ersten Rasterelemente 150 auf dem Trägerelement 156. Eingezeichnet ist auch die vorbestimmte annulare, d.h. ringförmige, Ausleuchtung A, die bei einem justierten System auftritt Die ringförmige Ausleuchtung A wird durch einen Außenrand 162 und einen Innenrand 164 definiert. Alle ersten Rasterelemente 150 liegen innerhalb der vorbestimmten annularen Ausleuchtung A und werden vollständig ausgeleuchtet. Die ausgeleuchteten Bereiche auf dem Trägerelement, in dem keine ersten Rasterelemente angeordnet sind, werden im Sinne dieser Anmeldung als ungenutzte Bereiche 166 bezeichnet, da das auf diesen ungenutzten Bereich auftreffende Licht nicht von den Rasterelementen reflektiert wird und daher nicht zur Ausleuchtung der Feldebene beträgt.
Insgesamt sind auf dem Trägerelement im ungenutzten Bereich 166 drei Sensoren 500.1 , 500.2, 500.3 in der Nähe des Außenrandes 162 angeordnet. Mit diesen Sensoren 500.1 , 500.2, 500.3 wird die Lage der Ausleuchtung A auf dem Trägerelement des Feldfacettenspiegels detektiert. Diese Daten können zur Ansteuerung der Positioniereinrichtung und zur Justage von erstem und zweitem Teilsystem, insbesondere bei einer Richtungsjustage genutzt werden. Die Anzahl der Sensoren kann auch mehr als drei sein. Des Weiteren ist im ungenutzten Bereich auch noch mindestens ein Auskoppelspiegel 170 angeordnet. Mit Hilfe des Auskoppelspiegels 170 wird auf das erste optische Element mit ersten Rasterelementen einfallende Strahlung ausgekoppelt und beispielsweise auf einen Vier-Quadranten-Detektor, wie in den Figuren 3c bis 3g beschrieben, gelenkt. Der Vier-Quadranten Detektor ist in einer Ebene platziert, in der ein Bild der Lichtquelle bzw. des Zwischenbildes Z der Lichtquelle bei justiertem System ausgebildet wird. Kommt es zu einer Positionsverschiebung des Zwischenbildes durch eine Positionsdejustage von erstem und zweitem Teilsystem so kann diese mit dem Vier-Quadrantendetektor wie in den Figuren 3C bis 3G beschrieben detektiert und Positioniereinrichtungen des Beleuchtungssystems entsprechen angesteuert werden.
In Figur 7 ist beispielhaft eine Positioniervorrichtung 16, die mit Hilfe der aufgenommenen Signale zur Einstellung der Lage des Zwischenbildes Z einer Lichtquelle gemäß den Prinzipien der US 4 490 041 gezeigt.
Die Positioniervorrichtung umfasst ein Spiegelelement, das als Gitter 14 ausgebildet sein kann. Das Spiegelelement ist über einen Winkel mechanisch mit einer Drechachse 2000 verbunden. Mit Hilfe des Stelltriebes 2002 lässt sich das Spiegelelement um die Drechsache 2000 rotieren.
Bei dem Stelltrieb 2000 handelt es sich somit um den Stelltrieb für die Drehung. Das auftreffende Lichtbüschel 2006 wird vom Gitterelement und der Kollektoreinehit in die -1. Beugung gebeugt und dort zu einem Zwischenbild Z der Lichtquelle fokussiert. Eingezeichnet auch die Blende 22. Bei Bewegung des Stelltriebes für die Drehung bleibt stets die Lage des Zwischenbildes Z in der Zwischenbildebene unverändert. Als Stelltrieb für translatorische Bewegungen sind die Stelltriebe 2010 vorgesehen. Wie zuvor und der US 4 490 041 beschrieben, lässt sich durch die dargestellte Justagevorrichtung die translatorische Bewegung von der rotatorischen Bewegung zur Justage des Zwischenfokusses entkoppeln.
Mit der Erfindung wird erstmals ein Beleuchtungssystem angegeben, mit dem auf einfache Art und Weise die Justage eines Beleuchtungssystems festgestellt und überwacht werden kann. Dadurch wird die zeitliche und räumliche Konstanz der Beleuchtung der Maske und eine zentrische Ausleuchtung der Pupille sichergestellt.

Claims

Patentansprüche
1. Beleuchtungssystem für Wellenlängen < 193 nm, wobei das Beleuchtungssystem eine Lichtquelle umfasst, die Licht abstrahlt, wobei das abgestrahlte Licht in einer Ebene (57) entfernt zur Lichtquelle eine vorbestimmte Ausleuchtung (A) zur Verfügung stellt und der Anteil des Lichtes der vorbestimmten Ausleuchtung A, der zur Ausleuchtung eines Feldes in einer Feldebene des Beleuchtungssystemes verwandt wird, einen genutzten Bereich in der Ebene (57) definiert dadurch gekennzeichnet, daß in oder nahe der Ebene (57) mindestens ein Sensor (500.1 , 500.2, 500.3, 500.4) zur Detektion von Licht außerhalb des genutzten Bereiches angeordnet ist.
2. Beleuchtungssystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß in oder nahe der Ebene (57) ein erstes optisches Element (56) mit ersten Rasterelementen positioniert ist und der mindestens eine Sensor (500.1 , 500.2, 500.3) auf dem ersten optischen Element mit Rasterelementen angeordnet ist.
3. Beleuchtungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste optische Element (56) ein Tragelement umfasst und die ersten Rasterelemente auf dem Tragelement angeordnet sind und das Tragelement in der Ebene (57) angeordnet ist und die Rasterelemente innerhalb der vorbestimmten Ausleuchtung A in der Ebene
(57) auf dem Tragelement angeordnet sind.
4. Beleuchtungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche der (des) Rasterelemente(s) den genutzten Bereich definieren.
5. Beleuchtungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichent, dass die Sensoren auf dem Trägerelement in Bereichen positioniert sind, in denen kein Rasterelement angeordnet ist.
6. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Sensor einen mit einen Auskoppelspiegel umfaßt, der eine multi-layer-Schicht aufweist.
7. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in oder nahe der Ebene (57) mindestens ein Sensor(en) (500.1 , 500.2, 500.3, 500.4) vorgesehen ist (sind), der (die) am oder in der Nähe des Randes (162) der vorbestimmten Ausleuchtung (A) angeordnet sind.
8. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in oder nahe der Ebene (57) mindestens ein Sensor(en) (500.1 , 500.2, 500.3, vorgesehen ist (sind), der (die) in einem Bereich der vorbestimmten Ausleuchtung (A) angeordnet ist, in dem sich die Intensität der vorbestimmten Ausleuchtung stark ändert.
9. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Beleuchtungssystem derart aufgebaut ist, dass ein Zwischenbild (Z ) der Lichtquelle (1 ) in einer Ebene (7) ausgebildet wird.
10. Beleuchtungssystem gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Beleuchtungssystem eine Blende umfasst, die in oder der Ebene (7) angeordnet ist.
11. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10 , dadurch gekennzeichnet, dass das Beleuchtungssystem derart aufgebaut ist, dass in einer Ebene (59) ein Bild der Lichtquelle (1 ) oder ein Bild eines Zwischenbildes (Z) der Lichtquelle (1) ausgebildet wird und in oder nahe der Ebene (59) mindestens ein weiterer Sensor (61) vorgesehen ist.
12. Beleuchtungssystem gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Beleuchtungssystem in oder nahe der Ebene (57) eine optische Komponente umfaßt, die auftreffendes Licht auf den Sensor (61),der in der Ebene (59), in der das Bild des Zwischenbildes der Lichtquelle ausgebildet wird, lenkt.
13. Beleuchtungssystem nach der Ansprüche 11 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß in oder nahe der Ebene (59) ein zweites optisches Element (58) mit zweiten Rasterelementen positioniert ist und der mindestens eine Sensor auf dem zweiten optischen Element mit Rasterelementen angeordnet ist.
14. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ebene (59) ein Quadrantendetektor (650) angeordnet ist.
15. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Ausleuchtung (A) eine annulare Ausleuchtung ist.
16. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren Photodetektoren umfassen.
17. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren strahlungsempfindliche-Halbleiter-Detektoren oder thermisch empfindliche Detektoren umfassen.
18. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Beleuchtungssystem ein erstes optisches Teilsystem (12) mit ersten optischen Elementen, die die Lichtquelle (1 ), die in einer Objektebene (2) angeordnet ist, in das Zwischenbild (Z) in einer zur Objektebene konjugierten Ebene abbildet und mit einem zweiten optischen Teilsystem (50), mit zweiten optischen Elementen, die das Feld in der Feldebene (100) ausleuchten, umfaßt.
19. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Beleuchtungssystem eine Positioniereinrichtung (16) für ein Spiegelelement und/oder einer Quelleinheit (11) umfaßt.
20. Beleuchtungssystem nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spiegelelement ein Gitterspektralfilterelement (14) ist.
21. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 15 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Beleuchtungssystem eine Auswerteeinheit (304) umfasst, wobei die Auswerteeinheit (304) mit dem wenigstens einen Sensor (500.1 , 500.2, 500.3), der in der Ebene (57) angeordnet ist, verbunden ist.
22. Beleuchtungssystem nach Anspruch 21 , wobei die Auswerteeinheit derart aufgebaut ist, daß die Messwerte der Sensoren automatisch ausgewertet werden und die Auswerteinheit mit mindestens einer Positioniereinheit zur Positionierung eines Spiegels und/oder einer Quelleinheit verbunden ist.
23. Beleuchtungssystem nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit (304) derart aufgebaut ist, daß die mit Hilfe der Sensoren (500.1 , 500.2, 500.3) aufgenommene tatsächliche Ausleuchtung (TA) mit der vorbestimmten Ausleuchtung (A) verglichen und Abweichungen bestimmt werden und die Positioniereinrichtung (16) des Spiegelelementes aufgrund dieser Auswertung derart angesteuert wird, dass die tatsächliche Ausleuchtung (TA) mit der vorbestimmten Ausleuchtung auf dem Trägerelement (156) des ersten optischen Elementes mit Rasterelementen im Wesentlichen übereinstimmt.
24. Verfahren zur Justierung eines EUV-Beleuchtungssystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 23, umfassend folgende Schritte:
- es wird mit Hilfe von Sensoren die tatsächliche Ausleuchtung in einer Ebene (57) aufgenommen;
- die aufgenommene tatsächliche Ausleuchtung wird mit einer Ausleuchtung in der Ebene (57) in einer Auswerteeinheit verglichen und
- mindestens ein optisches Element des Beleuchtungssystems wird derart angesteuert, dass die tatsächliche Ausleuchtung weitgehend der vorbestimmten Ausleuchtung (A) entspricht.
25. EUV-Projektionsbelichtungsanlage mit
- einem Beleuchtungssystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 24,
- einer Maske, die in der Bildebene angeordnet ist
- einem lichtsensitiven Objekt auf einem Trägersystem und
-einem Projektionsobjektiv, das die Maske auf das lichtsensitive Objekt abbildet.
26. Verfahren zur Herstellung von mikroelektronischen Bauteilen, insbesondere Halbleiterbauteilen, mit einer Projektionsbelichtungsanlage gemäß Anspruch 25.
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