DE102017200934A1

DE102017200934A1 - Method for operating a manipulator of a projection exposure apparatus

Info

Publication number: DE102017200934A1
Application number: DE102017200934.9A
Authority: DE
Inventors: Auf Teilnichtnennung Antrag; Sonja Schneider; Judith Fingerhuth; Norbert Wabra; Peter Graf; Ferdinand Rissner; Robert Weiss
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2017-01-20
Filing date: 2017-01-20
Publication date: 2017-03-23

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Manipulators (42) in einer Projektionsbelichtungsanlage (10) für die Halbleiterlithographie. Der Manipulator (42) wirkt dabei auf die von einem Beleuchtungssystem (12) der Anlage (10) abgestrahlte Nutzstrahlung ein. Der Manipulator (42) umfasst ein optisches Element (44), das sich im Strahlengang der optischen Nutzstrahlung befindet, so dass die optische Nutzstrahlung das optische Element (44) zumindest teilweise durchtritt. Mittels einer Strahlungsquelle (OS1, OS2) wird eine Heizstrahlung (HL1, HL2) erzeugt, die in das optische Element (44) des Manipulators (42) eingekoppelt wird und in dem optischen Element (44) ein Temperaturprofil erzeugt. Um eine hohe zeitliche Stabilität der Projektionsbelichtungsanlage (10) zu erreichen, wird die Strahlungsquelle (OS1, OS2) in einer solchen Weise betrieben, dass Schwankungen des Temperaturprofils unterbunden oder zumindest reduziert werden.The invention relates to a method for operating a manipulator (42) in a projection exposure apparatus (10) for semiconductor lithography. The manipulator (42) acts on the useful radiation emitted by a lighting system (12) of the system (10). The manipulator (42) comprises an optical element (44) which is located in the beam path of the useful optical radiation, so that the optical useful radiation at least partially passes through the optical element (44). By means of a radiation source (OS1, OS2), a heating radiation (HL1, HL2) is generated, which is coupled into the optical element (44) of the manipulator (42) and generates a temperature profile in the optical element (44). In order to achieve a high temporal stability of the projection exposure apparatus (10), the radiation source (OS1, OS2) is operated in such a way that fluctuations in the temperature profile are prevented or at least reduced.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Manipulators einer Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie sowie eine Projektionsbelichtungsanlage. The invention relates to a method for operating a manipulator of a projection exposure apparatus for semiconductor lithography and to a projection exposure apparatus.

Derartige Anlagen werden verwendet, um Strukturen auf einer Maske, einem sogenannten Retikel, auf einem Halbleitermaterial abzubilden und auf diese Weise Halbleiterbauelemente herzustellen. Such systems are used to image structures on a mask, a so-called reticle, on a semiconductor material and in this way to produce semiconductor components.

Zur Verringerung von Abbildungsfehlern werden in den genannten Anlagen üblicherweise sogenannte Manipulatoren verwendet. Aufgabe dieser Manipulatoren ist es unter anderem, üblicherweise über einen bestimmten Flächenbereich hinweg die Eigenschaften, insbesondere das Wellenfrontprofil von für die Abbildung verwendeter elektromagnetischer Strahlung einzustellen. Solche Manipulatoren können insbesondere flächige optische Elemente umfassen, die in den Strahlengang der Projektionsbelichtungsanlage eingebracht werden und in denen eine bestimmte lokale Temperaturverteilung eingestellt wird. In Verbindung mit der Temperatursensitivität des Brechungsindex und einer temperaturinduzierten lokalen Geometrieänderung des optischen Elementes kann dann ein gewünschter Verlauf einer Wellenfront eingestellt werden.To reduce aberrations usually so-called manipulators are used in the above systems. Among other things, it is the task of these manipulators to set the properties, in particular the wavefront profile, of electromagnetic radiation used for imaging over a certain surface area. Such manipulators may in particular comprise planar optical elements which are introduced into the beam path of the projection exposure apparatus and in which a specific local temperature distribution is set. In conjunction with the temperature sensitivity of the refractive index and a temperature-induced local geometry change of the optical element, a desired profile of a wavefront can then be set.

In der Vergangenheit wurden verschiedene Ansätze vorgeschlagen, um das genannte Temperaturprofil in einem optischen Element einzustellen. So ist beispielsweise in der internationalen Patentanmeldung WO2009/026970 A1 , welche auf die Anmelderin zurückgeht, ein Verfahren und eine Vorrichtung beschrieben, bei welchen mittels eines Arrays von extrem dünnen Heizdrähten über eine Quarzglasplatte hinweg durch geeignete Gestaltung und Ansteuerung der Heizdrähte ein Temperaturprofil eingestellt wird. Daneben ist in der ebenfalls auf die Anmelderin zurückgehenden internationalen Patentanmeldung WO2013/044936 A1 eine Vorrichtung und ein Verfahren gezeigt, bei welchen mittels gezielter lokaler Absorption von Heizstrahlung (üblicherweise im infraroten Bereich) das gewünschte Temperaturprofil erreicht wird. Die Heizstrahlung wird dabei in Form einer Vielzahl von Einzelstrahlen seitlich in das optische Element eingekoppelt und tritt auf der gegenüberliegenden Seite wieder aus. Die Heizwirkung wird dabei dadurch erreicht, dass die Heizstrahlung im Material des optischen Elementes teilweise absorbiert wird. Zur Erzeugung und Einkopplung der Heizstrahlung kann insbesondere ein Laser beziehungsweise ein Array von Laserdioden als Strahlungsquelle verwendet werden. Various approaches have been proposed in the past to adjust the stated temperature profile in an optical element. For example, in the international patent application WO2009 / 026970 A1 , which goes back to the applicant, a method and apparatus described in which by means of an array of extremely thin heating wires across a quartz glass plate away by appropriate design and control of the heating wires, a temperature profile is set. In addition, in the also derived from the applicant international patent application WO2013 / 044936 A1 a device and a method shown in which by targeted local absorption of heating radiation (usually in the infrared range), the desired temperature profile is achieved. The heating radiation is coupled laterally in the form of a plurality of individual beams in the optical element and exits on the opposite side again. The heating effect is achieved in that the heating radiation is partially absorbed in the material of the optical element. For generating and coupling the heating radiation, in particular a laser or an array of laser diodes can be used as the radiation source.

Für die Reproduzierbarkeit und die zeitliche Stabilität des eingestellten bzw. gewünschten Temperaturprofils über das optische Element hinweg ist es dabei von Bedeutung, dass die Strahlungsquelle hinsichtlich ihrer Emissionscharakteristik zeitlich stabil bleibt. It is important for the reproducibility and temporal stability of the set or desired temperature profile across the optical element that the radiation source remains stable in terms of its emission characteristics over time.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, mittels dessen über einen längeren Zeitraum hinweg ein reproduzierbares, stabiles Temperaturprofil in einem optischen Element eines Manipulators der oben beschriebenen Art sichergestellt werden kann.Object of the present invention is to provide a method by means of which a reproducible, stable temperature profile in an optical element of a manipulator of the type described above can be ensured over a longer period of time.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den in den unabhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmalen. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Varianten und Ausführungsformen der Erfindung.This object is achieved by a method having the features listed in the independent claims. The subclaims relate to advantageous variants and embodiments of the invention.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren geht aus von einer Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie mit einem Manipulator, der auf die optische Nutzstrahlung der Projektionsbelichtungsanlage einwirkt. Der Manipulator umfasst ein optisches Element, das sich im Strahlengang der optischen Nutzstrahlung befindet, so dass die optische Nutzstrahlung das optische Element zumindest teilweise durchtritt. Mittels einer Strahlungsquelle wird eine Heizstrahlung erzeugt, die in das optische Element des Manipulators eingekoppelt wird und in dem optischen Element ein Temperaturprofil erzeugt. Erfindungsgemäß wird die Strahlungsquelle in einer solchen Weise betrieben, dass eine unerwünschte Drift des Temperaturprofils unterbunden oder zumindest reduziert wird.An inventive method is based on a projection exposure apparatus for semiconductor lithography with a manipulator which acts on the optical useful radiation of the projection exposure apparatus. The manipulator comprises an optical element which is located in the beam path of the useful optical radiation, so that the optical useful radiation at least partially passes through the optical element. By means of a radiation source, a heating radiation is generated, which is coupled into the optical element of the manipulator and generates a temperature profile in the optical element. According to the invention, the radiation source is operated in such a way that an undesired drift of the temperature profile is prevented or at least reduced.

Die Erfindung löst die Problematik eines zeitlich driftenden Temperaturprofils des optischen Elements im Manipulator (und somit eines zeitlich instabilen Verlaufs der Wellenfront in der Projektionsbelichtungsanlage) dadurch, dass die Strahlungsquelle, die das Temperaturprofil im optischen Element erzeugt, in einer geeigneten Weise eingestellt bzw. geregelt bzw. gesteuert wird. Dies kann in unterschiedlicher Weise realisiert werden. The invention solves the problem of a temporally drifting temperature profile of the optical element in the manipulator (and thus a temporally unstable course of the wavefront in the projection exposure apparatus) in that the radiation source which generates the temperature profile in the optical element is adjusted or regulated in a suitable manner is controlled. This can be realized in different ways.

In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Stabilisierung des Temperaturprofils mit Hilfe einer Regelschleife. Dabei wird das aktuell vorliegende Temperaturprofil des optischen Elements direkt oder indirekt gemessen, z.B. mittels Temperatursensoren, Infrarotkamera, Wellenfrontmessung etc. Alternativ wird das von der Strahlungsquelle emittierte Spektrum mit einem Spektrometer vor Eintritt in das oder nach Austritt aus dem optischen Element gemessen. Die auf diese Weise gewonnenen Messdaten werden zur Nachregelung des Spektrums bzw. der Leistung der Strahlungsquelle verwendet. Falls keine Information über das Spektrum vorliegt, ist es vorteilhaft, nur die Leistung der Strahlungsquelle zu regeln.In a first embodiment of the invention, the stabilization of the temperature profile takes place with the aid of a control loop. The actual temperature profile of the optical element is measured directly or indirectly, e.g. by means of temperature sensors, infrared camera, wavefront measurement, etc. Alternatively, the spectrum emitted by the radiation source is measured with a spectrometer before entering or exiting the optical element. The measured data obtained in this way are used to readjust the spectrum or the power of the radiation source. If there is no information about the spectrum, it is advantageous to control only the power of the radiation source.

Zur Ansteuerung der Strahlungsquelle ist zweckmäßigerweise eine Kontrolleinheit vorgesehen. Die Strahlungsquelle ist in einen Regelkreis eingebunden, in dem bestimmte Parameter, die für das Temperaturprofil des optischen Elements relevant sind, gemessen werden, Abweichungen dieser Parameter von vorbestimmten Sollwerten ermittelt und anschließend die Strahlungsquelle in Abhängigkeit dieser Abweichungen in einer solchen Weise nachgeregelt wird, dass die charakteristischen Parameter innerhalb vorgegebener Schwellwerte mit den Sollwerten übereinstimmen. Durch eine solche Regelschleife kann eine zeitliche Drift des Temperaturprofils des optischen Elements im Manipulator kompensiert und ein reproduzierbares, stabiles Temperaturprofil erzeugt werden. For controlling the radiation source, a control unit is expediently provided. The radiation source is integrated into a control loop in which certain parameters relevant to the temperature profile of the optical element are measured, deviations of these parameters from predetermined desired values are determined, and then the radiation source is readjusted as a function of these deviations in such a way that the characteristic parameters within predetermined thresholds agree with the setpoints. By means of such a control loop, a temporal drift of the temperature profile of the optical element in the manipulator can be compensated and a reproducible, stable temperature profile can be generated.

Als geeigneter Parameter für die Regelung der Strahlungsquelle hat sich insbesondere die Intensität der zur Beheizung des optischen Elements verwendeten Heizstrahlung herausgestellt. Dabei kann es vorteilhaft sein, die Intensität der Heizstrahlung nach ihrem Austritt aus dem optischen Element zu messen. Alternativ oder zusätzlich kann die Intensität der Heizstrahlung vor ihrem Eintritt in das optische Element gemessen werden. In particular, the intensity of the heating radiation used for heating the optical element has proven to be a suitable parameter for the regulation of the radiation source. It may be advantageous to measure the intensity of the heating radiation after its exit from the optical element. Alternatively or additionally, the intensity of the heating radiation can be measured before it enters the optical element.

Ein weiterer geeigneter Parameter zur Regelung der Strahlungsquelle ist die spektrale Charakteristik der Heizstrahlung. Diese spektrale Charakteristik kann insbesondere vor ihrem Eintritt in das optische Element bestimmt werden. Weiterhin kann mit Hilfe einer Wärmebildkamera die Temperaturverteilung über das optische Element hinweg ermittelt werden.Another suitable parameter for controlling the radiation source is the spectral characteristic of the heating radiation. This spectral characteristic can be determined in particular before it enters the optical element. Furthermore, the temperature distribution over the optical element can be determined with the aid of a thermal imaging camera.

In einer alternativen Ausgestaltung wird eine Kalibrierung des Manipulators mit Hilfe eines Wellenfrontsensors durchgeführt und die dabei gewonnenen Kalibrationsdaten zur Regelung der Strahlungsquelle verwendet. In an alternative embodiment, a calibration of the manipulator is performed by means of a wavefront sensor and the calibration data obtained thereby used to control the radiation source.

Alternativ oder zusätzlich zur der oben beschriebenen Stabilisierung des Temperaturprofils mittels einer Regelschleife kann das Emissionsspektrum der Strahlungsquelle in einer solchen Weise auf das Absorptionsspektrum des Werkstoffs des optischen Elements abgestimmt werden, dass eine zeitliche Drift des Emissionsspektrums nur eine geringe Auswirkung auf die im optischen Element absorbierte Leistung hat. Dies kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass das Emissionsspektrum der Strahlungsquelle wesentlich breiter ist als seine zu erwartende zeitliche spektrale Drift. Alternatively, or in addition to the above-described stabilization of the temperature profile by means of a control loop, the emission spectrum of the radiation source can be tuned to the absorption spectrum of the material of the optical element in such a way that a temporal drift of the emission spectrum has only a small effect on the absorbed power in the optical element Has. This can be achieved in particular by the fact that the emission spectrum of the radiation source is substantially wider than its expected temporal spectral drift.

Es kann ferner günstig sein, für das optische Element einen Werkstoff mit einem breiten Absorptionsbereich zu wählen und das Emissionsspektrum der Strahlungsquelle auf einen schmalen Spektralbereich zu zentrieren, der innerhalb des Absorptionsbereiches des Absorptionsspektrums liegt. Wenn die Strahlungsquelle spektralen Schwankungen unterliegt, dann überlappt auch das spektral verschobene schmale Emissionsspektrum nahezu unverändert stark mit dem breiten Absorptionsbereich des optischen Elements, so dass die vom optischen Element absorbierte Leistung nur in sehr geringem Maße verändert wird. It may also be advantageous to choose a material with a broad absorption range for the optical element and to center the emission spectrum of the radiation source on a narrow spectral range which is within the absorption range of the absorption spectrum. If the radiation source is subject to spectral fluctuations, then also the spectrally shifted narrow emission spectrum overlaps almost unchanged strongly with the broad absorption range of the optical element, so that the absorbed power of the optical element is changed only to a very small extent.

So kann es beispielsweise sinnvoll sein, das Absorptionsspektrum des Materials des optischen Elements und das Emissionsspektrum der Strahlungsquelle so zu wählen, dass ein Peak eines Signals der Strahlungsquelle mit einer spektralen Breite von weniger als 10nm (FWHM), bevorzugt von weniger als 5nm (FWHM) in einem Bereich eines spektral breiteren Absorptionsspektrums des Materials des optischen Elementes liegt, in welchem der Minimal- und der Maximalwert weniger als um einen Faktor 5, bevorzugt um weniger als einen Faktor 2 auseinander liegen.For example, it may be useful to select the absorption spectrum of the material of the optical element and the emission spectrum of the radiation source such that a peak of a signal of the radiation source having a spectral width of less than 10 nm (FWHM), preferably less than 5 nm (FWHM). is within a range of a spectrally broader absorption spectrum of the optical element material in which the minimum and maximum values are less than a factor of 5, preferably less than a factor of 2.

Dabei kann der Bereich des spektral breiteren Absorptionsspektrums eine Breite im Bereich von 35nm bis 75nm, bevorzugt im Bereich von 50nm aufweisen.In this case, the range of the spectrally broader absorption spectrum can have a width in the range of 35 nm to 75 nm, preferably in the range of 50 nm.

Umgekehrt kann es günstig sein, für das optische Element einen Werkstoff mit einem Absorptionsspektrum zu wählen, das einen ausgeprägten, schmalen Peak aufweist, und das Emissionsspektrum der Strahlungsquelle im Wesentlichen auf diesen Peak des Absorptionsspektrums zu zentrieren; die spektrale Breite des Emissionsspektrums der Strahlungsquelle sollte dann in einer solchen Weise eingestellt werden, dass das Emissionsspektrum die spektrale Breite des Peaks des Absorptionsspektrums im Wesentlichen überdeckt. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass spektrale Schwankungen der Strahlungsquelle die vom optischen Element absorbierte Leistung nur in sehr geringem Maße beeinflussen. Conversely, it may be favorable to choose a material with an absorption spectrum for the optical element which has a pronounced, narrow peak, and to center the emission spectrum of the radiation source substantially on this peak of the absorption spectrum; the spectral width of the emission spectrum of the radiation source should then be adjusted in such a manner that the emission spectrum substantially covers the spectral width of the absorption spectrum peak. In this way, it is ensured that spectral fluctuations of the radiation source only to a very limited extent affect the power absorbed by the optical element.

Dabei kann der Peak des Absorptionsspektrums eine Breite im Bereich von 20nm–30nm (FWHM) oder auch im Bereich von 60nm–80nm (FWHM) aufweisen; das spektral breite Emissionsspektrum kann dann mindestens um den Faktor 2, bevorzugt um den Faktor 3 breiter sein als der Peak des Absorptionsspektrums.The peak of the absorption spectrum may have a width in the range of 20nm-30nm (FWHM) or even in the range of 60nm-80nm (FWHM); the spectrally broad emission spectrum can then be wider by at least a factor of 2, preferably by a factor of 3, than the peak of the absorption spectrum.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele und Varianten der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigenEmbodiments and variants of the invention will be explained in more detail with reference to the drawings. Show it

1 eine schematische perspektivische Ansicht einer Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie, bei welcher die Erfindung Anwendung findet; 1 a schematic perspective view of a projection exposure apparatus for semiconductor lithography, to which the invention finds application;

2 eine schematische Schnittansicht der Projektionsbelichtungsanlage der 1 in einer ersten Variante der Erfindung; 2 a schematic sectional view of the projection exposure of the 1 in a first variant of the invention;

3 eine schematische Schnittansicht der Projektionsbelichtungsanlage der 1 in einer zweiten Variante der Erfindung; 3 a schematic sectional view of the projection exposure of the 1 in a second variant of the invention;

4 ein schematisches Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Kalibrierung eines Manipulators der Projektionsbelichtungsanlage der 3; 4 a schematic flow diagram of a method according to the invention for calibrating a manipulator of the projection exposure of the 3 ;

5 eine weitere Variante der Erfindung, und 5 a further variant of the invention, and

6 eine weitere Ausführungsform der Erfindung. 6 a further embodiment of the invention.

1 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung einer Projektionsbelichtungsanlage 10 mit einem Beleuchtungssystem 12, welches elektromagnetische Strahlung emittiert. Das Beleuchtungssystem 12 beleuchtet ein Beleuchtungsfeld 14 auf einer auch Retikel genannten Maske 16, welche ein Muster 18 feiner Strukturen 19 enthält. In der hier gezeigten Ausgestaltung hat das Beleuchtungsfeld 14 eine rechteckige Form, es sind jedoch auch andere Formen denkbar, beispielsweise ringförmige Segmente. 1 shows a schematic perspective view of a projection exposure system 10 with a lighting system 12 which emits electromagnetic radiation. The lighting system 12 Illuminates a lighting field 14 on a reticle called mask 16 which is a pattern 18 fine structures 19 contains. In the embodiment shown here, the illumination field has 14 a rectangular shape, but other shapes are conceivable, for example, annular segments.

Ein Projektionsobjektiv 20 mit einer optischen Achse OA und einer Mehrzahl von Linsen L1 bis L4 projiziert das im Beleuchtungsfeld 14 befindliche Muster 18 auf eine lichtempfindliche Schicht 22, beispielsweise einen lichtempfindlichen Lack (Photoresist), welche auf ein Substrat 24 aufgebracht ist. Das Substrat 24 ist beispielsweise ein Siliziumwafer und ist in einem (in 1 nicht gezeigten) Waferhalter in einer solchen Weise angeordnet, dass die Oberfläche der lichtempfindlichen Schicht 22 sich in der Bildebene des Projektionsobjektivs 20 befindet. Die Maske 16 wird mit Hilfe eines (in 1 nicht gezeigten) Maskenhalters in der Objektebene des Projektionsobjektivs 20 positioniert. Da Letzteres eine Vergrößerung β mit |β| < 1 aufweist, projiziert es ein verkleinertes Bild 18‘ des Musters 18 im Beleuchtungsfeld 14 auf die lichtempfindliche Schicht 22.A projection lens 20 with an optical axis OA and a plurality of lenses L1 to L4 projected in the illumination field 14 located patterns 18 on a photosensitive layer 22 , For example, a photosensitive resist (photoresist), which on a substrate 24 is applied. The substrate 24 is, for example, a silicon wafer and is in a (in 1 Not shown) wafer holder arranged in such a manner that the surface of the photosensitive layer 22 in the image plane of the projection lens 20 located. The mask 16 is using a (in 1 not shown) mask holder in the object plane of the projection lens 20 positioned. Since the latter is an enlargement β with | β | <1, it projects a reduced image 18 ' of the pattern 18 in the lighting field 14 on the photosensitive layer 22 ,

Während der Projektion bewegen sich die Maske 16 und das Substrat 24 entlang einer Scanrichtung, die der in 1 angedeuteten Y-Richtung entspricht. Das Beleuchtungsfeld 14 scannt dann über die Maske 16, so dass auch Musterbereiche, die über das Beleuchtungsfeld 14 hinausragen, auf der lichtempfindlichen Schicht 22 abgebildet werden können. Das Verhältnis zwischen den Geschwindigkeiten des Substrats 24 und der Maske 16 entspricht dem Vergrößerungsfaktor β des Projektionsobjektivs 20. In Fällen, in denen das Projektionsobjektiv 20 keine Inversion des Bildes durchführt (β > 0), bewegen sich die Maske 16 und das Substrat 24 in dieselbe Richtung, wie in 1 durch die Pfeile A1 und A2 angedeutet. Die vorliegende Erfindung kann auch bei katadioptrischen Projektionsobjektiven mit Objekt- und Bildfeldern außerhalb der Achse Anwendung finden sowie in Stepper-Anlagen, bei denen sich Maske 16 und Substrat 24 während der Projektion nicht bewegen.During the projection, the mask move 16 and the substrate 24 along a scanning direction, which is the in 1 indicated Y direction corresponds. The lighting field 14 then scans over the mask 16 so that also have pattern areas over the lighting field 14 protrude on the photosensitive layer 22 can be displayed. The ratio between the speeds of the substrate 24 and the mask 16 corresponds to the magnification factor β of the projection objective 20 , In cases where the projection lens 20 does not invert the image (β> 0), the mask will move 16 and the substrate 24 in the same direction as in 1 indicated by the arrows A1 and A2. The present invention may also find application in catadioptric projection lenses with off-axis object and image fields, as well as in steppers where mask 16 and substrate 24 do not move during the projection.

2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung der Projektionsbelichtungsanlage 10 der 1. Diese Figur zeigt weiterhin einen Maskenhalter 26, durch den die Maske 16 in der Objektebene 28 des Projektionsobjektivs 20 gehalten wird, sowie einen Waferhalter 32, der das Substrat 24 in der Bildebene 30 des Projektionsobjektivs 20 fixiert. 2 shows a schematic sectional view of the projection exposure system 10 of the 1 , This figure also shows a mask holder 26 through which the mask 16 in the object plane 28 of the projection lens 20 is held, as well as a wafer holder 32 who is the substrate 24 in the picture plane 30 of the projection lens 20 fixed.

In der vorliegenden Ausgestaltung enthält das Projektionsobjektiv 20 eine Zwischenbildebene 34 und eine erste Pupillenebene 36, die zwischen der Objektebene 28 und der Zwischenbildebene 34 angeordnet ist. Eine zweite Pupillenebene 38 ist zwischen der Zwischenbildebene 34 und der Bildebene 30 der Projektionsobjektivs 20 angeordnet. Alle Lichtstrahlen, die unter demselben Winkel durch eine der Feldebenen (d.h. der Objektebene 28, der Zwischenbildebene 34 und der Bildebene 30) aus- bzw. eintreten, schneiden sich in den Pupillenebenen 36, 38 in einem einzigen Punkt, wie in 2 angedeutet. Weiterhin schneiden alle Lichtstrahlen, die eine Feldebene parallel zur optischen Achse OA durchdringen (wie z.B. der durch eine gestrichelte Linie angedeutete Lichtstrahl 40), in den Pupillenebenen 36, 38 die optische Achse. In the present embodiment, the projection lens includes 20 an intermediate image plane 34 and a first pupil plane 36 that is between the object plane 28 and the intermediate image plane 34 is arranged. A second pupil level 38 is between the intermediate image plane 34 and the picture plane 30 the projection lens 20 arranged. All light rays passing through one of the field planes (ie the object plane) at the same angle 28 , the intermediate image plane 34 and the picture plane 30 ) emerge or intersect, intersect in the pupil planes 36 . 38 in a single point, like in 2 indicated. Furthermore, all light rays that penetrate a field plane parallel to the optical axis OA intersect (such as, for example, the light beam indicated by a dashed line 40 ), in the pupil planes 36 . 38 the optical axis.

Das Projektionsobjektiv 20 enthält weiterhin einen Manipulator 42 zur Korrektur von Wellenfrontfehlern. Der Manipulator 42 befindet sich in der ersten Pupillenebene 36 und umfasst ein refraktives optisches Element 44, das von der zur Abbildung verwendeten Strahlung bei der Projektion der Maske 16 auf die lichtempfindliche Schicht 22 durchleuchtet wird. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel hat das refraktive optische Element 44 die Form einer flächigen Scheibe mit einer ersten optische Oberfläche 46, die sich auf einer dem Beleuchtungssystem 12 zugewandten Seite des optischen Elements 44 befindet und einer zweiten optischen Oberfläche 48, die sich auf der gegenüberliegenden, der lichtempfindlichen Schicht 22 zugewandten Seite befindet. Weiterhin weist das refraktive optische Element 44 umfangsseitig eine Randfläche 50 auf, die sich zwischen den beiden optischen Oberflächen 46, 48 erstreckt. In der hier gezeigten Ausführungsform sind die optischen Oberflächen 46, 48 des refraktiven optischen Elements 44 planar und parallel zueinander, und die Randfläche 50 hat eine zylindrische Form. The projection lens 20 also contains a manipulator 42 for correction of wavefront errors. The manipulator 42 is in the first pupil level 36 and includes a refractive optical element 44 , that of the radiation used for imaging in the projection of the mask 16 on the photosensitive layer 22 is illuminated. In the embodiment shown here, the refractive optical element 44 the shape of a flat disk with a first optical surface 46 that focus on one's lighting system 12 facing side of the optical element 44 located and a second optical surface 48 that lie on the opposite, the photosensitive layer 22 facing side is located. Furthermore, the refractive optical element 44 a peripheral surface on the circumference 50 on, extending between the two optical surfaces 46 . 48 extends. In the embodiment shown here, the optical surfaces are 46 . 48 of the refractive optical element 44 planar and parallel to each other, and the edge surface 50 has a cylindrical shape.

Der Manipulator 42 umfasst eine erste Strahlungsquelle OS1 für elektromagnetische Strahlung, mit deren Hilfe eine erste Heizstrahlung HL1 auf einen ersten Bereich der Randfläche 50 gerichtet werden kann, so dass zumindest ein Teil der ersten Heizstrahlung HL1 in das refraktive optische Element 44 eingeleitet werden kann. Eine weitere Strahlungsquelle OS2 für elektromagnetische Strahlung ist in einer solchen Weise positioniert, dass eine zweite Heizstrahlung HL2 auf einen anderen Bereich der Randfläche 50 gerichtet und ein Teil der zweiten Heizstrahlung HL2 in das refraktive optische Element 44 eingeleitet werden kann. Der Manipulator 42 kann weitere Strahlungsquellen zur Einleitung von Heizstrahlung umfassen, die allerdings in 2 nicht dargestellt sind. Die Strahlungsquellen OS1, OS2 sind mit einer Kontrolleinheit 52 gekoppelt, mittels derer die Emission der Heizstrahlung HL1, HL2 gesteuert bzw. geregelt werden kann. The manipulator 42 includes a first radiation source OS1 for electromagnetic radiation, with the aid of which a first heating radiation HL1 on a first region of the edge surface 50 can be directed, so that at least a part of the first heating radiation HL1 in the refractive optical element 44 can be initiated. A further radiation source OS2 for electromagnetic radiation is positioned in such a way that a second heating radiation HL2 is applied to another area of the edge surface 50 directed and a portion of the second heating radiation HL2 in the refractive optical element 44 can be initiated. The manipulator 42 may include other radiation sources for the introduction of heating radiation, however, in 2 are not shown. The radiation sources OS1, OS2 are provided with a control unit 52 coupled, by means of which the emission of the heating radiation HL1, HL2 can be controlled or regulated.

Ebenfalls in 2 erkennbar ist ein Wellenfrontsensor 60, mit dessen Hilfe bei Abwesenheit eines Substrats 24 die in der Bildebene 20 ankommende Wellenfront der vom Beleuchtungssystem 12 abgestrahlten Nutzstrahlung bestimmt werden kann. Der Wellenfrontsensor 60 dient dazu, im Rahmen einer gezielten Ansteuerung einzelner Strahlungsquellen OS1, OS2 etc. und einer entsprechenden Einleitung von Heizstrahlung HL1, HL2 etc. eine Kalibrierung des Manipulators 42 vorzunehmen. Hierzu werden die von dem Wellenfrontsensor 60 ermittelten Ergebnisse in einer Auswertevorrichtung 62 hinsichtlich der Amplituden der einzelnen Heizzonen ausgewertet, worauf die erhaltenen Ergebnisse in einem Ergebnisspeicher 64 gespeichert werden. In einer Kalibriervorrichtung 66, die auf die im Ergebnisspeicher 64 hinterlegten Ergebnisse zugreift, werden daraus Kalibrierdaten berechnet, die dann von der Kontrolleinheit 52 zur Ansteuerung der Strahlungsquellen OS1, OS2 des Manipulators 42 herangezogen werden können. Also in 2 recognizable is a wavefront sensor 60 , with the help of which in the absence of a substrate 24 the in the picture plane 20 incoming wave front of the lighting system 12 radiated useful radiation can be determined. The wavefront sensor 60 serves to calibrate the manipulator in the context of a targeted control of individual radiation sources OS1, OS2, etc. and a corresponding introduction of heating radiation HL1, HL2, etc. 42 make. For this purpose, those of the wavefront sensor 60 determined results in an evaluation device 62 evaluated in terms of the amplitudes of the individual heating zones, whereupon the results obtained in a results memory 64 get saved. In a calibration device 66 that points to the result store 64 stored results, calibration data are then calculated from the control unit 52 for controlling the radiation sources OS1, OS2 of the manipulator 42 can be used.

3 zeigt eine Variante der Projektionsbelichtungsanlage 10 der 2, bei welcher die Strahlleistungen einzelner Heizstrahlen HL1 (oder auch einer vorteilhaften Kombination mehrerer Heizstrahlen) des Manipulators 42 nach dem Austritt aus dem optischen Element 44 mittels eines Dosissensors 70 ermittelt werden. Im Interesse einer klaren Darstellung ist in 3 nur eine einzige Strahlungsquelle OS1 mit einer von ihr ausgesandten Heizstrahlung HL1 gezeigt, obwohl selbstverständlich – analog zu 2 – auch weitere Strahlungsquellen vorhanden sein können. Die mittels des Dosissensors 70 gewonnenen Messergebnisse werden in einer Auswertevorrichtung 62‘ in Bezug auf die einzelnen Heizzonen bzw. die einzelnen Heizprofile ausgewertet und in einem Ergebnisspeicher 64‘ gespeichert. Dieser Kalibriervorgang wird mittels einer Kalibriervorrichtung 66‘ gesteuert, und die auf diese Weise ermittelten Daten werden in der Kontrolleinheit 52 des Manipulators 42 dazu verwendet, eine korrekte Ansteuerung des Manipulators 42 zu erreichen. 3 shows a variant of the projection exposure system 10 of the 2 in which the beam powers of individual heating beams HL1 (or also an advantageous combination of several heating beams) of the manipulator 42 after exiting the optical element 44 by means of a Dosissensor 70 be determined. In the interest of a clear representation is in 3 only a single radiation source OS1 shown with a radiant heat emitted by HL1, although of course - analogous to 2 - Also other radiation sources can be present. The by means of the Dosissensor 70 obtained measurement results are in an evaluation device 62 ' evaluated in relation to the individual heating zones or the individual heating profiles and in a result memory 64 ' saved. This calibration process is performed by means of a calibration device 66 ' controlled, and the data thus obtained are in the control unit 52 of the manipulator 42 used to correctly control the manipulator 42 to reach.

4 zeigt anhand eines schematischen Ablaufdiagramms ein erfindungsgemäßes Verfahren 100 zur Kalibrierung des in 3 gezeigten Manipulators 42. Hierzu wird im ersten Schritt 102 eines Kalibriervorganges ein bestimmtes Basisprofil der Heizstrahlung HL1 eingestellt, woraufhin im nächsten Schritt 104 die von dem Dosissensor 70 erfassten Messwerte ausgelesen werden. Nachfolgend wird in der Auswertevorrichtung 62‘ ein Vergleich der Dosismessung mit gewünschten Zielwerten vorgenommen (Schritt 106) und die zu dem jeweiligen Profil ermittelten Ergebnisse werden gespeichert (Schritt 108). Daraufhin wird das nächste Basisprofil eingestellt (Schleife 110). Bei Erreichen der gewünschten Maximalzahl zu vermessener Basisprofile werden die erhaltenden Ergebnisse im nächsten Schritt 112 zu Kalibrierdaten verrechnet, wobei eine Unterscheidung bzgl. einzeln ansteuerbarer Freiheitsgrade vorgenommen wird. Nachfolgend werden in einem Schritt 114 die auf diese Weise erhaltenden Kalibrierdaten in dem Ergebnisspeicher 64‘ hinterlegt (siehe 3), so dass sie bei einer nachfolgenden Ansteuerung des Manipulators 42 im Betrieb verwendet werden können. 4 shows a schematic flow diagram of an inventive method 100 to calibrate the in 3 shown manipulator 42 , This will be done in the first step 102 a calibration process set a specific base profile of the heating radiation HL1, whereupon in the next step 104 that of the dose sensor 70 measured values are read out. The following is in the evaluation device 62 ' a comparison of the dose measurement with desired target values is made (step 106 ) and the results obtained for each profile are saved (step 108 ). The next base profile is then set (loop 110 ). Upon reaching the desired maximum number of base profiles to be measured, the results obtained in the next step 112 Calculated to calibration data, with a distinction with respect to individually controllable degrees of freedom is made. The following will be in one step 114 the calibration data obtained in this way in the result memory 64 ' deposited (see 3 ), so that in a subsequent control of the manipulator 42 can be used during operation.

Anhand der 5 und 6 sollen nun Überlegungen zu einer geeigneten Gestaltung des Emissionsspektrums der Strahlungsquelle OS1, OS2 (beispielsweise eines Halbleiterlasers) veranschaulicht werden, mit der eine gute zeitliche Stabilität des im refraktiven optischen Element 44 eingestellten Temperaturprofils erreicht werden kann. 5 zeigt einen Ausschnitt eines Absorptionsspektrums 80 eines Glaswerkstoffs (Quarzglas), der typischerweise in dem optischen Element 44 der 2 und 3 zum Einsatz kommt. Der in 5 dargestellte Ausschnitt des Absorptionsspektrums 80 zeigt einen ausgeprägten Peak 82 bei einer Wellenlänge von etwa 1.38 μm. Based on 5 and 6 Considerations for a suitable design of the emission spectrum of the radiation source OS1, OS2 (for example of a semiconductor laser) should now be illustrated, with which a good temporal stability of the refractive optical element 44 set temperature profile can be achieved. 5 shows a section of an absorption spectrum 80 a glass material (quartz glass), typically in the optical element 44 of the 2 and 3 is used. The in 5 illustrated section of the absorption spectrum 80 shows a pronounced peak 82 at a wavelength of about 1.38 μm.

Um möglichst viel Leistung in das refraktive optische Element 44 einzuspeisen, muss das Spektrum 87 der mittels der Strahlungsquellen OS1, OS2 abgegebenen Heizstrahlung HL1, HL2 auf das Absorptionsspektrum 80 des optischen Elements 44 abgestimmt werden. Hierzu ist es prinzipiell vorteilhaft, eine Strahlungsquelle mit einem möglichst schmalen Emissionsspektrum 87 im Bereich des Peaks 82 des Absorptionsspektrums 80, also bei etwa 1.38 μm zu wählen, wie in 5 dargestellt. Aufgrund der gezeigten relativen spektralen Lage der beiden Spektren 80 und 87 ist bei geringen Schwankungen der spektralen Lage des Emissionsspektrums 87 lediglich mit geringen Abweichungen der im optischen Element 44 absorbierten Leistung zu rechnen.To maximize performance in the refractive optical element 44 feed the spectrum 87 the radiation radiation HL1, HL2 emitted by the radiation sources OS1, OS2 to the absorption spectrum 80 of the optical element 44 be matched. For this purpose, it is in principle advantageous to have a radiation source with the narrowest possible emission spectrum 87 in the area of the peak 82 of the absorption spectrum 80 , so choose at about 1.38 microns, as in 5 shown. Due to the shown relative spectral position of the two spectra 80 and 87 is at low fluctuations of the spectral position of the emission spectrum 87 only with slight deviations in the optical element 44 absorbed power to count.

6 veranschaulicht eine Variante der Erfindung, bei welcher ein gegenüber 5 umgekehrter Ansatz verwendet wird. In der anhand 6 gezeigten Lösung wird das Emissionsspektrum 87‘ der verwendeten Strahlungsquelle derart breit gewählt, dass ein Peak 82 des Absorptionsspektrums 80 des optischen Elementes 44 zentral in dem Emissionsspektrum 87‘ der Strahlungsquelle liegt. Auch in diesem Fall wirken sich Schwankungen in der spektralen Lage des Emissionsspektrums 87‘ nur geringfügig auf die im optischem Element 44 absorbierte Leistung aus. 6 illustrates a variant of the invention, in which one opposite 5 reverse approach is used. In the basis 6 The solution shown becomes the emission spectrum 87 ' the radiation source used chosen so broad that a peak 82 of the absorption spectrum 80 of the optical element 44 centrally in the emission spectrum 87 ' the radiation source is located. In this case too, fluctuations in the spectral position of the emission spectrum have an effect 87 ' only slightly on the optical element 44 absorbed power.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2009/026970 A1 [0004]
WO 2013/044936 A1 [0004]

Claims

Method for operating a manipulator ( 42 ) in a projection exposure apparatus ( 10 ) for semiconductor lithography, comprising the following steps: - generation of heating radiation (HL1, HL2) by means of at least one radiation source (OS1, OS2) for electromagnetic radiation - generation of a temperature profile in one of the optical useful radiation of the projection exposure apparatus ( 10 ) at least partially penetrating optical element ( 44 ) by coupling the heating radiation (HL1, HL2), characterized in that the radiation source (OS1, OS2) is operated in such a way that an undesirable drift of the temperature profile in the optical element ( 44 ) is reduced.

A method according to claim 1, characterized in that the intensity of the heating of the optical element ( 44 ) measured heating radiation (HL1, HL2) is measured.

A method according to claim 2, characterized in that the intensity of the heating radiation (HL1) after its exit from the optical element ( 44 ) is measured.

Method according to one of claims 2 or 3, characterized in that the intensity of the heating radiation (HL1) before it enters the optical element ( 44 ) is measured.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the spectral characteristic of the heating radiation (HL1, HL2) is determined.

A method according to claim 5, characterized in that the spectral characteristic of the heating radiation (HL1) before it enters the optical element ( 44 ) is determined.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that by means of a control unit ( 52 ) a control of the at least one radiation source (OS1, OS2) is made.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that by means of a wavefront sensor ( 60 ) a calibration of the manipulator ( 42 ) is made.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that by means of a thermal imaging camera, the temperature distribution over the optical element ( 44 ) is determined.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the absorption spectrum ( 80 ) of the material of the optical element ( 44 ) and the emission spectrum ( 87 ) of the radiation source (OS1, OS2) are selected such that a peak of a signal of the radiation source (OS1, OS2) having a spectral width of less than 10 nm (FWHM), preferably less than 5 nm (FWHM) in a region of a spectrally wider Absorption spectrum ( 80 ) of the material of the optical element ( 44 ), in which the minimum and maximum values are less than a factor of 5, preferably less than a factor of 2 apart.

Method according to Claim 10, characterized in that the region of the spectrally broader absorption spectrum ( 80 ) has a width in the range of 35nm-75nm, preferably in the range of 50nm.

Method according to one of the preceding claims 1-9, characterized in that the one peak ( 82 ) of the absorption spectrum ( 80 ) of the optical element ( 44 ) centrally in a spectrally broad emission spectrum ( 87 ' ) of the radiation source (OS1, OS2) is located.

Method according to claim 12, characterized in that the peak ( 82 ) of the absorption spectrum ( 80 ) has a width in the range of 20nm-30nm (FWHM).

Method according to claim 12, characterized in that the peak ( 82 ) of the absorption spectrum ( 80 ) has a width in the range of 60nm-80nm (FWHM).

Method according to one of claims 12-14, characterized in that the spectrally broad emission spectrum at least by a factor of 2, preferably by a factor of 3 is wider than the peak ( 82 ) of the absorption spectrum ( 80 ).