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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Detektion von Strahlung
mit Wellenlängen < 250
nm, bevorzugt < 160
nm, insbesondere < 100
nm, ganz besonders bevorzugt in einem Wellenlängenbereich 5
nm < λEUV < 30
nm. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein optisches System, insbesondere
ein Beleuchtungssystem, ein Projektionsobjektiv oder eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage
mit einem derartigen Detektor. Die Erfindung stellt außerdem
ein Verfahren zur Detektion von Strahlung mit Wellenlängen < 160 nm, bevorzugt < 100 nm, insbesondere
EUV-Strahlung in einem Wellenlängenbereich 5 nm < λEUV < 30
nm sowie ein Verfahren zur Einstellung einer vorgegebenen Lichtintensität
in einer Objektebene einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage
mit einem Detektor zur Verfügung.
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Stand der Technik
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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 Lichtwellenlängen λ < 100 nm, beispielsweise
die Lithographie mit weichen Röntgenstrahlen, die sogenannte
EUV-Lithographie. Als Wellenlängen für die EUV-Lithographie
werden derzeit Wellenlängen im Bereich 11 bis 14 nm, insbesondere 13,5
nm, diskutiert. Die Bildqualität in der EUV-Lithographie
wird bestimmt einerseits durch das Projektionsobjektiv, andererseits
durch das Beleuchtungssystem. Das Beleuchtungssystem soll eine möglichst gleichförmige
Ausleuchtung in einer Feldebene des Beleuchtungssystemes, in der
eine Struktur tragende Maske, das sogenannte Retikel, angeordnet
ist, zur Verfügung stellen. Das Projektionsobjektiv bildet
eine Objektebene in eine Bildebene ab, in der ein lichtsensitives
Objekt angeordnet ist.
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In
einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage sind das Beleuchtungssystem
und das Projektionsobjektiv bevorzugt derart angeordnet, dass die
Feldebene des Beleuchtungssystems mit der Objektebene des Projektionsobjektives übereinstimmt,
d. h. der vom Beleuchtungssystem ausgeleuchtete Bereich wir vom
Projektionsobjektiv in ein Bildfeld in der Bildebene des Projektionsobjektives abgebildet.
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Die
Form des Feldes in der Feldebene einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage kann
beispielsweise eine Rechteckform sein oder beispielsweise in der
EUV-Lithographie ein Ringfeld mit einem hohen Aspektverhältnis.
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Die
Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlagen werden üblicherweise
im Scanning Mode betrieben.
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In
der Scanning-Lithographie ist die Dimension des ausgeleuchteten
Feldes in der Objektebene in einer Richtung senkrecht zur Scan-Richtung
größer als die Dimension in Scan-Richtung. Bei
einem Ringfeld wird die Dimension des Feldes im Allgemeinen durch
die Breite und die Bogenlänge charakterisiert. Hierbei
ist die Breite des Feldes die Ausdehnung in Scanrichtung. In einer
beispielhaften Ausführungsform beträgt die Breite
W des Ringfeldes mehr als 1 mm, bevorzugt mehr als 2 mm und die
Bogenlänge mehr als 22 mm, bevorzugt mehr als 26 mm.
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Im
allgemeinen sind Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlagen
für die EUV-Lithographie mit reflektiven optischen Elementen
ausgeführt. Betreffend EUV-Projektionsbelichtungsanlagen
wird auf die nachfolgenden Schriften verwiesen:
US 2005/0088760A US 6,438,199B US 6,859328B -
Um
möglichst feine Strukturen in der Mikrolithographie von
dem Retikel, das in der Objektebene des Projektionsobjektives angeordnet
ist, auf einen mit einer lichtsensitiven Schicht, insbesondere einem Fotolack
beschichteten Substrat, beispielsweise einen Wafer abzubilden, ist
es erforderlich, die Bestrahlungsdosis der lichtempfindlichen Schicht
sehr genau zu kontrollieren. Insbesondere ist dies notwendig, wenn
die lichtempfindliche Schicht eine nicht lineare Sensitivität
aufweist.
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Von
refraktiven Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlagen, insbesondere
für Wellenlängen bei 248 nm und 193 nm, ist bekannt,
dass in oder in der Nähe der Objektebene des Projektionsobjektives
Fotodioden angeordnet sind, die ein elektrisches Signal liefern,
das für die Bestrahlungsintensität in der Ebene,
in der das zu belichtende Objekt angeordnet ist, repräsentativ
ist. Das von der Fotodiode aufgenommene elektrische Signal dient
als Ist-Größe in einem Regelkreis. Durch Vergleich
mit einem Soll-Wert ergibt sich ein Differenzsignal, das dazu benutzt
werden kann, die Intensität der Lichtquelle nachzuregeln,
beispielsweise indem man die Pulsrate der Lichtquelle steuert. Auf
diese Art und Weise kann man eine konstante Bestrahlungsdosis über
der Zeit sicherstellen. Alternativ oder zusätzlich zur
Ansteuerung der Lichtquelle ist es möglich, die Scan-Geschwindigkeit
des zu belichtenden Objektes in der Bildebene zu steuern. Refraktive
Systeme mit einer derartigen Dosiskontrolle sind aus nachfolgenden
Schriften bekannt geworden:
US 6211947B US 6603533B US 6842500B US 20050057739A1 -
Die
aus dem Stand der Technik für refraktive Systeme bekannten
Sensoren sind für Messungen im EUV-Wellenlängenbereich
von 5 nm ≤ λ
EUV ≤ 30 nm
nur bedingt geeignet. Zwar sind Sensoren wie Fotodioden zur Messung
von EUV-Strahlung bekannt geworden, die direkt die EUV-Strahlung
aufnehmen, wie in den nachfolgenden Patenten bzw. Patentanmeldungen
US 6855932B US 2003/0146391A dargestellt,
jedoch hat eine direkte Bestrahlung von Fotodioden mit EUV-Licht
Nachteile.
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Ein
wesentliches Problem der Fotodioden stellt deren Einsatz im Vakuumbereich
der EUV-Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage dar.
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Durch
den Einbau der Sensoren im Vakuum können Fotoelektronen
ausgelöst werden. Die aus der bestrahlten Fläche
ausgelösten Fotoelektronen der Fotodiode führen
dann zu elektrostatischen Aufladungen und damit zu einer Veränderung
des inneren Raumladungsfeldes.
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Ein
weiterer negativer Effekt der derzeit eingesetzten Sensoren im Vakuum
ist, dass, wenn das EUV-Licht direkt auf den Sensor auftrifft, es
möglich ist, dass durch den äußeren Fotoeffekt
oder durch Zünden parasitärer Plasmen das Mess-Signal
verfälscht wird.
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Ein
weiterer negativer Effekt von im Vakkum eingesetzten Fotoelektroden
ist, dass die auf die Fotodiode auftreffende EUV-Strahlung zu einer
starken Erwärmung der Fotodiode führen. Eine Kühlung
ist im Vakuum aber nur bedingt über den mechanischen Kontakt
mit Umgebungsteilen wie beispielsweise dem Rahmen möglich.
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Das
sich im Betrieb der Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage
im Vakuum durch die elektrostatische Aufladung ändernde
Raumladungsfeld führt dazu, dass die an für sich
gute Linearität der Photodiode beeinträchtigt
wird.
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Ein
weiterer Nachteil der Fotodioden ist, dass die sensitive Fläche
viel kleiner ist als die geometrischen Abmaße der Fotodiode.
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Des
Weiteren ist die Fotodiode als elektronisches Bauteil anfällig
für Beschädigungen durch elektrostatische Entladung
und thermische Überlastung.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Aufgabe
der Erfindung ist es somit, einen Sensor zur Messung von Strahlung
in einem Beleuchtungssystem insbesondere für Wellenlängen < 100 nm anzugeben,
der die Nachteile des Standes der Technik überwindet.
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Erfindungsgemäß wird
dies durch eine Vorrichtung zur Detektion einer ersten Strahlung
insbesondere mit Wellenlängen < 100 nm, bevorzugt EUV-Strahlung in
einem Wellenlängenbereich 5 nm < λEUV < 30 nm gelöst,
die ein Konversionselement, welches ein Szintillatormaterial aufweist,
umfasst. Das Konversionselement wandelt die auftreffende erste Strahlung
mit einer Wellenlänge < 100
nm durch Wechselwirkung mit dem Szintillatormaterial in eine zweite
Strahlung mit einer Wellenlänge größer als
die Wellenlänge der ersten Strahlung um. Die Wellenlänge λ der
zweiten Strahlung ist größer als 100 nm, und liegt
bevorzugt im sichtbaren oder infraroten Wellenlängenbereich.
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Die
zweite Strahlung mit Wellenlängen größer
100 nm wird von einem Detektionselement aufgenommen. Das Detektionselement
kann beispielsweise eine VIS Photodiode sein.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform wird die zweite Strahlung
mit einer Wellenlänge λfluoreszenz > 100 nm von einem Lichtleitelement
aufgenommen. Die aufgenommene Strahlung wird von dem Lichtleitelement
an ein Detektionselement zur Detektion der zweiten Strahlung mit
einer Wellenlänge λfluoreszenz > 100 nm geleitet.
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Wird
die erfindungsgemäße Vorrichtung aber zur Detektion
von Strahlung mit einer Wellenlänge < 250 nm eingesetzt, so wird durch das
Konversionselement diese Strahlung in Strahlung mit einer Wellenlängen > 250 nm gewandelt.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich insbesondere
dadurch aus, dass die Vorrichtung mechanisch sehr stabil ist und
aus sehr wenigen Komponenten besteht. Des Weiteren erfolgt keine
direkte Bestrahlung des Detektionselementes bzw. des Detektors,
insbesondere der Fotodiode mit Licht kurzer Wellenlänge,
beispielsweise EUV-Licht. Hierdurch kann die Lebensdauer des Detektiors
wesentlich erhöht werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass
im Bereich, in der die genutzte Strahlung, beispielsweise das EUV-Licht,
welches das Beleuchtungssystem durchläuft, lediglich das
Konversionselement sowie das Lichtleitelement als passive Komponenten
angeordnet sind. Der Detektor als aktives elektronisches Bauteil
kann aufgrund des Lichtleitelementes außerhalb der Vakuumkammer,
in der das Beleuchtungssystem angeordnet ist, platziert werden.
Bevorzugt umfasst das Konversionselement ein Szintillatormaterial.
Die Szintillatormaterialien führen dazu, dass die EUV-Strahlung
Lichtblitze sogenannte Szintillationen erzeugt. In vorliegender
Anmeldung werden die Begriffe Szintillation und Lumineszenz synonym
verwandt. Szintillation und Lumineszenz beschreiben die Absorption
von Licht und die anschießende Emission von Licht, wobei
das emittierte Licht eine Wellenlänge aufweist, die ins
Langwellige verschoben ist. Szintillatormaterialien werden oft auch
als Phosphor bezeichnet. Besonders bevorzugt werden als Szintillatormaterialien
Quarzglas, YAG- oder YAP-Kristalle, die mit Cer dotiert sind, Europium-dotiertes
Calzium-Fluorid, Barium-Fluorid, Zink-Selenid dotiert mit Tellur,
CdWO4, Cäsium-Iodid dotiert mit
Thallium eingesetzt. Als Szintillatormaterial werden wie oben beispielhaft
angegeben im wesentlichen nur anorganische Materialien mit den entsprechenden
Eigenschaften ausgewählt, um die Ultra-Hochvakuum-Kompatibilität
des Konversionselementes sicherzustellen. Würden als Materialien
für das Konversionselement organische Materialien verwendet,
so würde das Ultra-Hochvakuum im Allgemeinen durch Kohlenwasserstoffe
kontaminiert.
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Sensoren,
die Szintillationsmaterialien umfassen, sind beispielsweise aus
der
US 6,551,231 bekannt
geworden oder der
US 5,640,017 .
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Ebenfalls
bekannt geworden sind zur Beobachtung von UV- und Röntgenstrahlung
Systeme mit Fluoreszenzmaterialien, die dazu dienen, Strahlen kurzer Wellenlänge
in langwellige Strahlung zu konvertieren. Diesbezüglich
wird beispielsweise auf die
US
5,498,923 verwiesen.
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Als
Lichtleitelement kann eine Lichtleitfaser, bevorzugt eine Glas-
oder Quarzfaser eingesetzt werden, deren Lichtleitfunktion auf einer
Totalreflexion beruht. Hierfür hat die Faser im Kern einen
größeren Brechungsindex als im Mantel. Alternativ
zu den Lichtleitern ist es möglich, als Lichtleitelement
Metalle als Reflektoren einzusetzen, z. B. in Form eines innen polierten
Rohres oder eines reflektierend bedampften Glasstabs. Auch denkbar
ist der Einsatz eines Spiegels, der das durch Szintillation entstandene Fluoreszenzlicht
bzw. Lumineszenzlicht aufnimmt und auf das Detektionselement leitet.
Selbstverständlich ist auch eine Kombination eines Spiegels mit
einer Lichleitfaser denkbar.
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Bevorzugt
ist die Lichtleitfaser eine Glas- oder Quarzfaser.
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Bevorzugt
ist das Konversionselement, umfassend das Szintillatormaterial,
so ausgestaltet, dass es das vom Szintillator erzeugte Fluoreszenzlicht
bzw. Lumineszenzlicht möglichst effektiv in das lichtleitende
Element, hier bevorzugt in den Lichtleiter, eingekoppelt wird. Da
die Eintrittstiefe von EUV-Strahlung in das Szintillatormaterial
nur wenige Nanometer beträgt, ist vorteilhaft vorgesehen,
dass das Konversionselement als Szintillatormaterial eine Szintillatorschicht
aufweist, die eine Flächen-Absorption der auftreffenden
EUV-Strahlung ermöglicht. Die Schichtdicke der Szintillatorschicht
ist bevorzugt < 1 mm,
bevorzugt < 0,1
mm, ganz bevorzugt < 0,01
mm, insbesondere bevorzugt < 0,001
mm.
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Die
Szintillatorschicht kann auf der Lichtleitfaser an völlig
unterschiedliche Orten aufgebracht werden. So ist in einer ersten
Ausgestaltung der Erfindung es möglich, die Szintillatorschicht
auf die Stirnseite der Lichtleitfaser aufzubringen. Besteht die Lichtleitfaser
aus einem Mantel und einem Kern, so kann die Szintillatorschicht
auch im Bereich des Mantels aufgebracht werden oder ein Teil des
Mantels selbst als Szintillatorschicht wirken. Alternativ kann auch
die Lichtleitfaser angeschrägt werden und die Szintillatorschicht
auf die angeschrägte Fläche aufgebracht werden.
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Die
unterschiedlichen Anordnungen der Szintillatorschicht auf der Lichtleitfaser
haben den Vorteil, dass je nach Bauraumverfügbarkeit und Emissionsverhalten
der zu detektierenden Strahlung die Szintillatorschicht ausgerichtet
werden kann. Es ist dann kein Biegen der Lichtleitfaser nötig
um ein bestimmtes Raumwinkelelement detektieren zu können,
vielmehr kann die Lichtleitfaser an die unterschiedlichen Einbausituationen
bereits durch Aufbringen der Szintillatorschicht an der entsprechenden
Stelle der Lichtleitfaser optimal angepasst werden.
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Alternativ
zur Aufbringung einer Szintillatorschicht, beispielsweise auf eine
Lichtleitfaser, ist es auch möglich, die Lichtleitfaser
direkt mit fluoreszierenden Atomen auszurüsten. Die in
eine Schicht der Lichtleitfaser implantierte Ionen können
dann zur Szintillation bzw. Fluoreszenz führen.
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Um
eine Unterdrückung von Falschlicht, das in EUV-Mikrolithographie-Projektionsanlagen
aufgrund des Emissionsverhaltens der Lichtquelle stets enthalten
ist, herbeizuführen, kann vorgesehen sein, dass der Szintillatorschicht
ein Filtermaterial im Lichtweg vorgeschaltet ist. Beispielsweise
ist es möglich, auf die Fläche der Szintillatorschicht,
auf die das EUV-Licht auftrifft, eine Filterschicht beispielsweise aus
Zirkon mit einer Schichtstärke von beispielsweise 50 nm
aufzubringen. Die Filterschicht zeichnet sich dadurch aus, dass
sie eine hohe Transmission von mehr als 80%, insbesondere mehr als
95% für EUV-Licht aufweist, das durch Szintillationen entstandene
Fluoreszenz-Licht längerer Wellenlängen jedoch
zu mehr als 60%, insbesondere mehr als 80%, bevorzugt mehr als 90%
reflektiert. Hierdurch kann man neben einer Unterdrückung
von Falschlicht zudem noch die Sammel-Effizienz des Fluoreszenz-Lichtes
deutlich erhöhen. Filterschichten sind beispielsweise aus
der
US 7,154,666 bekannt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform ist das Detektionselement
als Fotodetektor ausgebildet. Bei einem Fotodetektor kann es sich
um eine Fotodiode, einen Fotomultiplier oder einen Fotowiderstand handeln.
Alternativ wäre auch denkbar, anstelle eines Fotodetektors
einen thermischen Sensor einzusetzen.
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Bei
Mikrolithographie-Projektionsanlagen sind die optischen Elemente,
beispielsweise die Spiegel in einem Projektionsobjektiv in einer
Vakuumkammer angeordnet.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen den
Detektor außerhalb der Vakuumkammer anzuordnen. Das in
der Vakuumkammer durch das Konversionselement aufgenommene EUV-Licht,
das in Fluoreszenlicht bzw. gewandelt wurde, wird über
den Lichtleiter und eine Vakuumdurchführung, beispielsweise
ein Vakuumfenster, aus der Vakuumkammer, in der die optischen Elemente
angeordnet sind, ausgekoppelt und auf den Fotodetektor geführt.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung zur Detektion von
EUV-Strahlung mit einem Konversionselement, das die einfallende
erste Strahlung mit einer Nutzwellenlänge λNutz in längerwellige zweite Strahlung
mit einer Wellenlänge λFluoreszenz konvertiert
wird bevorzugt in einem optischen System für die Mikrolithographie
verwandt.
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Die
Erfindung stellt daher zum einen ein Beleuchtungssystem für
eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage wie auch ein
Projektionsobjektiv für eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage
insbesondere für Wellenlängen < 100 nm zur Verfügung mit
einer derartigen Vorrichtung zur Verfügung.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung gibt die Erfindung für
eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage eine Vorrichtung
an, die das Lichtintensitätssignal des Detektors aufnimmt
und wenigstens in Abhängigkeit von dem aufgenommenen Lichtintensitätssignal
ein Steuersignal zur Verfügung stellt, mit dem beispielsweise
eine Scan-Geschwindigkeit eines lichtempfindlichen Objektes in einer
Bildebene eines Projektionsobjektives, der Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage
eingestellt werden kann. Alternativ oder gleichzeitig hierzu kann die
Lichtquelle angesteuert werden.
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Der
Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Detektion
von Strahlung mit einer Wellenlänge größer
100 nm gemäß der Erfindung, der das Lichtintensitätssignal aufnimmt
wird auch als Dosis-Sensor bezeichnet.
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In
einem Beleuchtungssystem beispielsweise einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage
ist ein erfindungsgemäßer Dosis-Sensor bevorzugt
an einer Stelle im Beleuchtungssystem angeordnet, die für
die Dosis im Gesamtfeld, das in der Feldebene des Beleuchtungssystems,
in der beispielsweise ein Retikel angeordnet ist, ausgeleuchtet wird,
repräsentativ ist.
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In
einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung wird im Strahlengang
von der Lichtquelle zum zu beleuchtenden Objekt beispielsweise eine
Spiegel vorgesehen, der im Lichtweg vor der Feldebene im Beleuchtungssystem
angeordnet ist und einen Bruchteil der Intensität des Lichtes
aus dem Strahlengang auskoppelt. Das vom Spiegel ausgekoppelte Licht
wird dann auf einen Dosis-Sensor gelenkt. Der Spiegel mit dem Licht
ausgekoppelt wird, wird auch als Auskoppelspiegel bezeichnet. Der
Auskoppelspiegel kann sowohl ein grazing incidence Spiegel wie auch
ein normal incidence Spiegel sein.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen,
dass der im Beleuchtungssystem ausgeleuchtete Bereich in der Feldebene
des Beleuchtungssystems größer ist als der Bereich,
der in der Feldebene genutzt wird. In dem nicht genutzten Bereich
in der Feldebene des Beleuchtungssystems kann dann ein Dosis-Sensor
angeordnet werden. Nachteilig an einer derartigen Anordnung eines Dosis-Sensor
im nicht genutzten Bereich in der Feldebene des Beleuchtungssystems
ist jedoch, das in der Regel das in der Feldebene angeordnete strukturierte
Objekt, das auch als Retikel bezeichnet wird, mechanisch ein- und
ausgewechselt werden muss. Ein in der Feldebene angeordneter Dosis-Sensor
ist daher mit diesen mechanischen Anforderungen nur schwierig vereinbar.
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In
einer weiteren alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist daher
vorgesehen, dass der Dosis-Sensor im Beleuchtungssystem nahe zur
Feldebene des Beleuchtungssystems angeordnet ist und zwar derart,
dass die mechanischen Komponenten zur Bewegung der Maske problemlos
ausgebildet werden können.
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Andererseits
soll der Abstand gerade so bemessen sein, dass der durch den Öffnungswinkel
der Beleuchtung gegebene Halbschatten des Sensors möglichst
gering gehalten wird, um das nutzbare Feld in der Feldebene des
Beleuchtungssystems nicht zu sehr einzuschränken. Bevorzugt
ist der Abstand des Dosis-Sensors so gewählt, dass die
durch den Öffnungswinkel der Beleuchtung gegebenen Halbschatten
in der Feldebene des Beleuchtungssystems eine derartige Größe
aufweisen, dass der aufgrund der Halbschatten in der Feldebene nicht
nutzbare Feldbereich weniger als 40%, bevorzugt weniger als 30%, ganz
bevorzugt weniger als 20% der Größe des Sensors
beträgt.
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Ist
der Dosis-Sensor beispielsweise rund und hat einen Durchmesser von
1 mm und soll der nicht nutzbare Feldbereich in der Feldebene nur
um 44% größer sein als der Sensor selbst, so beträgt
der Durchmesser des nicht nutzbaren Feldbereiches in der Feldebene
1,2 mm. Bei einer objektseitigen Apertur NAobj von
0,0625 an einem Retikel, dass in der Objektebene angeordnet ist,
ergibt sich dann ein maximaler Abstand des Sensors von 1,6 mm zu
Retikelebene, damit die Forderung erfüllt ist, dass der
nicht nutzbare Feldbereich nur um 44% größer als
der Dosis-Sensor selbst ist.
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Der
Dosissensors wird bevorzugt mit einem absoluten Abstand des Dosissensors
von der Feldebene von weniger als 500 mm, insbesondere weniger als
300 mm, bevorzugt weniger als 200 mm, insbesondere weniger als 100
mm, ganz bevorzugt weniger als 50 mm angeordnet.
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Erfindungsgemäß kann
eine Anordnung eines Dosissensors auch in einem Projektionsobjektiv erfolgen.
Bevorzugt wird ein derartiger Dosis-Sensor in oder nahe einer Objektebene
des Projektionsobjektives angeordnet. Alternativ wäre auch
eine Anordnung in oder nahe der Bildebene eines Projektionsobjektives.
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Bevorzugt
ist das Projektionsobjektiv für eine erste Strahlung, d.
h. eine Nutzstrahlung im Wellenlängenbereich von 5 nm bis
200 nm, insbesondere im Bereich im Bereich 5 nm bis 30 nm ausgelegt.
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Bevorzugt
ist ein derartiger Dosis-Sensor im Projektionsobjektiv im nicht
genutzten Bereich in oder nahe der Objektebene und/oder der Bildebene des
Projektionsobjektives angeordnet.
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Bevorzugt
wird der Dosis-Sensors mit einem Abstand von beispielsweise weniger
als 500 mm, insbesondere weniger als 300 mm, insbesondere weniger
als 200 mm, bevorzugt weniger als 100 mm, insbesondere bevorzugt
weniger als 50 mm zu einer Objektebene oder zu einer Bildebene oder
zu einer Pupillenebene des Projektionsobjektives angeordnet.
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Ganz
allgemein ist der Sensor so anzuordnen, dass der Sensor von der
Lichtquelle beleuchtet wird und ein repräsentatives Signal
erzeugt wird, aber der Abbildungsstrahlengang von der Objektebene
des Projektionsobjektives in die Bildebene nicht beeinträchtigt
wird.
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Die
Ausdehnung des Sensors ist nur in der Richtung senkrecht zur Scanrichtung
(x-Richtung) von Bedeutung. In Scanrichtung (y-Richtung) ist die Ausdehnung
unerheblich, da in diese Richtung der Scan erfolgt. Deswegen ist
der Sensor vorteilhaft in y-Richtung sogar oft größer
in seinen Abmessungen als die Ausdehnung des Feldes selbst. In einem
solchen Fall spielen Positionsfehler in erster Näherung keine
Rolle. Ein derartiger länglicher Sensor ist beispielsweise
in 3b gezeigt. Ein in y-Richtung ausgedehnter Sensor
ist vorteilhaft, da er in einer besonderen Ausführungsform
das gesamte Feld in y-Richtung abdeckt. Ein in y-Richtung derart
ausgedehnter Sensor ist unempfindlich gegen mechanische Instabilitäten
und Verschiebungen in y-Richtung. Bevorzugt wird die Ausdehnung
des Sensors in x-Richtung möglichst gering gewählt,
damit der ausgeleuchtete, aber nicht genutzte Bereich beispielsweise
in der Feldebene des Beleuchtungssystems so gering als möglich
gewählt werden kann.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass
der Dosis-Sensor zur Detektion der Ausleuchtung in einer Pupillenebene
einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage verwendet wird.
Der Sensor weist dann eine maximale Sensitivität in Bezug
auf die Ausleuchtung in der Pupillenebene auf. Der Sensor wird zur
Detektion der Ausleuchtung in der Pupillenebene bevorzugt in der Pupillenebene
selber oder einer hierzu konjugierten Ebene angeordnet bzw. um die
Pupillenvignettierung gering zu halten, nicht in der Ebene selbst,
sondern nahe zur Ebene.
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Unter
einer Anordnung nahe einer Pupillenebene kann eine Anordnung des
Dosis-Sensors mit einem Abstand von beispielsweise weniger als 500 mm,
insbesondere weniger als 300 mm, insbesondere weniger als 200 mm,
bevorzugt weniger als 100 mm, insbesondere bevorzugt weniger als
50 mm zur Pupillenebene verstanden werden.
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In
einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen,
den Dosis-Sensor im oder nahe einem Zwischenfokus der Lichtquelle
anzuordnen.
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Bei
einer Anordnung des Sensors in einem Zwischenfokus, beispielsweise
nach einem ersten grazing-incindence-Kollektor kann ein Signal erhalten
werden, das unabhängig von Änderungen der Charakteristik
des Beleuchtungssystems ist.
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Neben
der Vorrichtung zur Detektion von EUV-Strahlung und dem optischen
System stellt die Erfindung auch ein Verfahren zur Detektion von EUV-Strahlung
zur Verfügung sowie ein Verfahren zur Einstellung einer
im Wesentlichen gleichen Lichtintensität, beispielsweise
in einer Feldebene des Beleuchtungssystems, einer Objektebene des
Projektionsobjektives, einer Bildebene des Projektionsobjektives
oder einer Pupillenebene einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage.
Bei dem Verfahren zur Einstellung der im Wesentlichen gleichen Lichtintensität,
beispielsweise in einer Feldebene des Beleuchtungssystems, einer
Objektebene des Projektionsobjektives, einer Bildebene des Projektionsobjektives
oder einer Pupillenebene einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage
wird wenigstens ein erfindungsgemäßer Detektor
in dieser Ebene oder wie zuvor beschrieben in der Nähe
dieser Ebene angeordnet. Die Lichtintensität der Nutzstrahlung,
beispielsweise der EUV-Strahlung im Wellenlängenbereich
11 bis 14 nm, wird mittels des erfindungsgemäßen
Detektors gemessen, ergebend einen Istwert. Der gemessene Istwert
wird sodann mit einem Sollwert, der beispielsweise mit Hilfe beispielsweise
einer Kalibriermessung ermittelt wird, verglichen. Um die Kalibriermessung
ausführen zu können, kann beispielsweise ein Kalibriersensor
vorgesehen sein. Nachdem die Anlage außer Betrieb gesetzt
wurde, wird der Kalibriersensor in die Bildebene des Projektionsobjektives,
in der das zu belichtende Objekt, beispielsweise der Wafer angeordnet
ist, eingebracht, beispielsweise durch mechanisches Einschwenken.
Der Kalibriersensor ist aus Gründen der Stabilität
und der Reproduzierbarkeit zumeist als kalibrierte Photodiode ausgeführt.
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Nachdem
der Sollwert mit dem Istwert verglichen wurde, wird ein Differenzsignal
von Soll- und Istwert gebildet und aufgrund des Differenzsignals mit
Hilfe einer Regeleinheit beispielsweise eine Scanning-Geschwindigkeit
eines lichtempfindlichen Objektes in einer Bildebene des Projektionsobjektives
eingestellt und/oder die Lichtintensität der Lichtquelle
entsprechend geregelt bzw. gesteuert. Die Lichtintensität
der Lichtquelle kann zum einen eingestellt werden über
die Taktfrequenz der Lichtquelle oder die Energiemenge der Lichtpulse.
Bei Plasmaentladungsquellen kann beispielsweise die Energiemenge
der Lichtpulse durch die Entladespannung bzw. den Entladestrom oder
die Ladungsmenge je Puls eingestellt werden
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Neben
den oben aufgeführten Möglichkeiten der Regelung
der Lichtquelle über die Taktfrequenz, besteht bei den
in EUV-Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlagen verwendeten
Plasmalichtquellen eine weitere Möglichkeit die Pulsenergie
der Plasmalichtquelle zu beeinflussen darin den Gasdruck und den
Gasfluß der Plasmalichtquelle sowie die Gaszusammensetzung
zu ändern. Betreffend die Gaszusammensetzung wäre
es zum Beispiel möglich, dem Plasma Zusatzstoffe, wie beispielsweise Zinn
zuzusetzen. Des Weiteren könnte das Plasma mit Hilfe einer
Zündhilfe, einer Vorionisation oder eines Zündlasers
im Zündvorgang beeinflusst werden.
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Alternativ
oder zusätzlich könnte die Ausleuchtung in der
Feldebene eines Beleuchtungssystems durch ein Element zur Beeinflussung
der Ausleuchtung in der Feldebene, wie beispielsweise in der
WO 2005/040927 offenbart,
durch das Signal des Sensors eingestellt werden. Derartige Elemente
werden auch als Abschwächer oder als Elemente zur Einstellung
der Uniformität der Feldebene bezeichnet.
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Wird
die erfindunggemäße Vorrichtung in einer Pupillenebene
platziert, so kann beispielsweise die Pupillenausleuchtung beeinflusst
werden, beispielsweise durch ein Abschwächerelement zur
Einstellung der Pupillenausleuchtung wie in der
WO 2006/06638 offenbart.
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Der
erfindungsgemäße Detektor kann im Beleuchtungssystem,
im Bereich des Projektionsobjektives und ganz generell in einer
Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage verwandt werden.
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Mögliche
Orte an denen ein erfindungsgemäßer Detektor Verwendung
finden kann, ist beispielsweise eine Anordnung als Intensitätssensor
in oder nahe einer Pupillenebene. Auch eine Anordnung in oder nahe
der Bildebene des Projektionsobjektives, in der der Wafer zu liegen
kommt, kommt in Frage. Dort kann der Detektor als Unifomitätssensor oder
als Spotsensor eingesetzt werden.
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Der
erfindungsgemäße Detektor kann insbesondere auch
bei einem Verfahren zum Belichten eines lichtempfindlichen Objektes
in einer Bildebene einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage
mit einer ersten Strahlung mit Wellenlängen λ < 100 nm, insbesondere
mit einer EUV-Strahlung in einem Wellenlängenbereich von
5 nm < λEUV < 30
nm eingesetzt werden. Bei diesem Verfahren wird die erste Strahlung
durch ein Szintillationsmaterial in eine zweite Strahlung einer
Wellenlänge > 100
nm umgewandelt. Das Verfahren ist durch nachfolgende Schritte gekennzeichnet:
- – ein Istwert für eine Lichtintensität
der zweiten Strahlung wird von einem Detektor detektiert,
- – der Istwert wird mit einem Sollwert verglichen, und
- – auf Basis des Vergleiches eine Scanning-Geschwindigkeit
des lichtempfindlichen Objektes und/oder eine Lichtintensität
einer Lichtquelle eingestellt.
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Die
Erfindung soll nachfolgend anhand der Ausführungsbeispiele
beispielhaft beschrieben werden. Es zeigen:
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1 einen
schematischen Aufbau einer ersten Ausführungsform einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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2a bis 2c mögliche
Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
mit einer Szintillatorschicht
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3a–c
mögliche Ausgestaltung des Feld in einer Feldebene des
Beleuchtungssystems sowie Definition des Abstandes eines feldnah
angeordneten Sensors
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4 eine
Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage mit einem Beleuchtungssystem
und einem Projektionsobjektiv für die EUV-Lithographie mit
einem erfindungsgemäßen Sensorelement an unterschiedlichen
Positionen.
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5 detaillierte
Ansicht eines erfindungsgemäßen Sensorelementes
in der Nähe einer Feldebene des Beleuchtungssystems
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6 Regelkreis
zur Kontrolle einer EUV-Quelle mit einem erfindungsgemäßen
Sensorelement.
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In 1 ist
schematisch ein möglicher Aufbau einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung bzw. eines erfindungsgemäßen Detektors 2 gezeigt.
Der erfindungsgemäße Aufbau umfasst ein Konversionselement 4 mit
einem Szintillatormaterial 1, das vorliegend nicht näher
dargestellt ist. Die auf das Konversionselement auftreffende Strahlung
mit einer Wellenlänge < 100
nm, insbesondere im EUV-Wellenlängenbereich wird durch
Wechselwirkung mit dem Szintillatormaterial 1 in Strahlung
mit einer Wellenlänge > 100
nm umgewandelt, ergebend Lumineszenz- bzw. Fluoreszenzlicht. Das
Lumineszenz- bzw. Fluoreszenzlicht wird mit Hilfe des Lichtleitelements, das
vorliegend als Lichtleiter 3 ausgebildet ist, beispielsweise
einer Glas- oder Quarzfaser, deren Funktion auf Totalreflexion beruht,
an ein Detektionselement, hier eine Fotodiode 5 geleitet
und mit Hilfe der Fotodiode 5 detektiert.
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In
den 2a bis 2c sind
mögliche Ausgestaltungen des Konversionselementes im Bereich eines
Endes des Lichtleitelementes bzw. Lichtleiters 3 dargestellt.
Für gleiche Bauteile werden in den 2a bis 2b dieselben
Bezugszeichen wie in 1 verwandt.
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Das
lichtleitende Element gemäß den 2a bis 2c besteht
aus einer Lichtleitfaser 11 mit einem Kern 10 sowie
einem Mantel 12. Die Lichtleitfaser 11, die als
Glasfaser ausgebildet ist, dient dazu, mit Hilfe von Totalreflexion
das im Konversionselement mit Szintillatormaterial konvertierte
Licht langer Wellenlänge, das auch als Lumineszenz- bzw.
als Fluoreszenzlicht bezeichnet wird, zum Fotodetektor zu leiten.
Das Konversionselement 20 besteht aus einer Szintillatorschicht 22.
Die Szintillatorschicht 22 weist eine erste Fläche 24 und
eine zweite Fläche 26 sowie eine Dicke D auf.
Die Dicke D der Szintillatorschicht ist bevorzugt < 1 mm, ganz bevorzugt < 0,1 mm, insbesondere
bevorzugt < 0,01
mm, insbesondere kleiner 0,001 mm. Am bevorzugtesten sind Dicken
D zwischen 1 μm und 100 μm, insbesondere 10 μm
und 50 μm. Die Eindringtiefe von Licht in das Szintillatormaterial
der Szintillatorschicht beträgt nämlich nur wenige
Nanometer, so dass Schichtdicken von weniger als 1 mm ausreichend
sind.
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Um
die Lumineszenz- bzw. Fluoreszenzausbeute zu erhöhen und
das Eindringen unerwünschter Strahlung mit Wellenlängen,
die sich von der Betriebswellenlänge unterscheiden, zu
verhindern, ist vorgesehen, dass die erste Fläche 24 der
Szintillatorschicht 22 mit einer Filterschicht 30,
beispielsweise einer Zirkonschicht von etwa 50 nm Dicke überzogen ist.
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Beim
Ausführungsbeispiel gemäß 2a ist die
Szintillatorschicht 22 auf die Stirnseite 23 der Lichtleitfaser 11 aufgebracht.
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Beim
Ausführungsbeispiel gemäß 2b ersetzt
die Szintillatorschicht 22.1 den Mantel der Lichtleitfaser
auf einem kurzen Stück. Die Szintillatorschicht hat dann
bevorzugt einen kleineren Brechungsindex als der Kern. Die Szintillatorschicht kann
auch durch Dotierung eines herkömmlichen Mantels in dem
entsprechenden Bereich, der mit Bezugsziffer 22.1 gekennzeichnet
ist, hergestellt werden. Der Filter 30 umschließt
den Mantel von außen.
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In
einer weiter gebildeten Ausführungsform gemäß 2c ist
die Glasfaser 11 angeschnitten und die Szintillatorschicht 22.2 auf
der angeschnittenen Fläche 41 des Kerns 10 angeordnet.
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Die
unterschiedlichen Anordnungen der Szintillatorschicht auf der Lichtleitfaser
wie in den 2a bis 2c dargestellt
ermöglichen eine optimale Anpassung des Detektorelementes
an Bauraumgegebenheiten und Emissionsverhalten des zu detektierenden
Signales, ohne dass beispielsweise die Lichtleitfaser gebogen werden
muss, was oft zum Bruch der Lichtleitfaser führt.
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Bevorzugt
weist die Filterschicht eine hohe Transmission für Strahlung < 100 nm, insbesondere EUV-Licht
auf. Bevorzugt ist die Transmission für EUV-Licht 80%,
insbesondere > 95%
und die Reflektion für Floureszenzlicht > 60% insbesondere > 80%.
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In 3a und 3b sind
beispielhaft in der Feldebene eines Beleuchtungssystems einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage
ausgeleuchtete Felder dargestellt. In 3c ist
die Enstehung eines Halbschattens in der Feldebene dargestellt durch
die Anordnung eines Sensors im Beleuchtungsstrahlengang, wobei der
Sensor nahe der Feldebene des Beleuchtungssystems angeordnet ist.
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Eine
Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage umfasst ein Beleuchtungssystem
zur Ausleuchtung eines Feldes in einer Feldebene sowie ein Projektionsobjektiv,
die ein in einer Objektebene angeordnetes Objekt in eine Bildebene
abbildet. Bevorzugt ist das System derart aufgebaut, dass die Feldebene
des Beleuchtungssystems mit der Objektebene des Projektionsobjektives
zusammenfällt. Daher sieht analog zu den 3a und 3b die
Form der durch ein Projektionsobjektiv erzeugten Ausleuchtung in
der Bildebene des Projektionsobjektives gleich aus. Das Bild des
ausgeleuchteten Objektes in der Objektebene ist allerdings um den
Abbildungsmaßstab des Projektionsobjektives verkleinert.
Insofern gelten die nachfolgenden Ausführungen auch für die
Bildebene und nicht nur für die Objektebene.
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Die
ausgeleuchteten Felder können beispielsweise eine bogenförmige
Form (3b) oder eine rechteckige Form
(3a) aufweisen. In Systemen, die mit Nutzwellenlängen
im Bereich ≥ 193 nm arbeiten, d. h. bei Systemen die refraktiv
aufgebaut sind, sind die ausgeleuchteten Felder im Allgemeinen Rechteckfelder.
Bei Systemen, die mit Nutzwellenlängen im Bereich ≤ 100
nm, insbesondere im EUV-Bereich arbeiten sind dies im Allgemeinen
bogenförmige Felder.
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Sowohl
in 3a wie 3b ist
das lokale karthesische Koordinatensystem in der Feldebene des Beleuchtungssystems
eingezeichnet. Hierbei bezeichnet die y-Richtung, die Richtung,
die parallel zur Scanrichtung ist, und die x-Richtung, die Richtung, die
in der Feldebene senkrecht auf der Scanrichtung steht. Die in 3a und 3b gezeigte
Ausleuchtung wird durch das Projektionsobjektiv durch den Abbildungsmaßstab
verkleinert und beispielsweise 4-fach, 6-fach oder 8-fach verkleinert
in die Bildebene des Projektionsobjektives abgebildet. Dabei bleibt die
Form der Ausleuchtung weitgehend erhalten, das heißt die
Form der Ausleuchtung in der Bildebene des Projektionsobjektives
entspricht der des Objektfeldes in der Objektebene des Projektionsobjektives um
den Abbildungsmaßstab verkleinert. Da bei einer Scanning-Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage
das in einer Feldebene ausgeleuchtete Feld relativ zu einer in der
Feldebene angeordneten Maske bzw. einem Retikel in einer Scanrichtung
verfahren wird, kann die Breite in Richtung des ausgeleuchteten
Feldes relativ gering sein und liegt im Bereich einiger mm. In der
Richtung senkrecht zur Scanrichtung ist die Ausdehnung des Feldes
wesentlich größer und entspricht bevorzugt der
Breite des lichtempfindlichen Objektes in der Bildebene.
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Das
Verfahren in Scanrichtung kann durch Verfahren der Ausleuchtung,
der Maske oder sowohl von Ausleuchtung als auch Maske erreicht werden.
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In
der Objektebene des Projektionsobjektives ist der Bereich, der für
die Ausleuchtung in der Bildebene des Projektionsobjektives benötigt
wird mit 50 bezeichnet. Wie aus den 3a und 3b hervorgeht,
ist der ausgeleuchtete Bereich 52 in der Objektebene des
Projektionssystems größer als der in der Bildebene
des Projektionssystems benötigte Bereich 50. Der
ausgeleuchtete Bereich 52 in der Objektebene des Projektionsobjektives
hat Überstände 54.1, 54.2. Im
Bereich der Überstände 54.1 und 54.2 kann
ein Sensorelement gemäß der Erfindung, wie beispielsweise
in 2a bis 2c gezeigt,
angeordnet sein. Der Überstand 54.1 mit einem
im Bereich des Überstandes angeordneten Sensorelement ist
in den Detailansichten 56.1 und 56.2 dargestellt.
In Detailansicht 56.1 ist ein in Scanrichtung längliches Sensorelement 58.1 mit
den durch das Sensorelement verursachten Halbschatten 60.1, 60.2 gezeigt. In
Figur Detailansicht 56.2 ist ein rundes Sensorelement 58.2 mit
durch das Sensorelement verursachtem Halbschatten 62 gezeigt.
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Die
Halbschatten 60.1, 60.2, 62 werden durch
die Anordnung des Sensorelementes im Strahlengang vor der Objektebene
des Projektionsobjektives erzeugt. Dies ist in 3c für
ein rundes Sensorelement 58.2 gezeigt. In 3c bezeichnet:
- h:
- den in senkrechter
Richtung gemessenenen Abstand des Sensorelementes 68 von
der Feldebene 70, in der eine strukturierte Maske 72,
das sogenannte Retikel angeordnet ist
- w:
- die Ausdehnung des
Sensorelementes
- v:
- die Ausdehnung des
aufgrund der Anordnung des Sensorelementes in der Objektebene nicht ausgeleuchteten
Bereiches mit Halbschatten 62
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Gibt
man als maximalen Ausdehnung der Halbschatten eine Ausdehnung vor,
die 44% der Ausdehnung des Sensorelementes bei einem runden Sensorelement
nicht überschreiten darf, so ergibt sich bei einer für
EUV-Systeme üblichen numerischen Apertur NAObj =
0,0625 am Objekt in der Objektebene und einer Ausdehnung w = 1 mm
für das Sensorelement eine maximale Ausdehnung des Halbschattens
von u = 0,1 mm. Der maximale Abstand h beträgt dann:
h ≈ u/NA
= 0,1 mm/0,0625 = 1,6 mm
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Nah
an der Objektebene angeordnet bedeutet dann, dass der Abstand dieses
Sensorelementes von der Objektebene geringer als 500 mm, bevorzugt geringer
als 300 mm, bevorzugt geringer als 200 mm, insbesondere geringer
als 100 mm, ganz bevorzugt geringer als 50 mm ist.
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In 4 ist
beispielhaft eine EUV-Projektionsbelichtungsanlage dargestellt,
bei der ein erfindungsgemäßer Detektor eingesetzt
wird.
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Die
Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage gemäß
4 umfasst
ein Beleuchtungssystem
240 und ein Projektionsobjektiv
250. Das
Beleuchtungssystem
240 umfasst eine Lichtquelle
100,
die Licht mit einer bestimmten Wellenlänge, insbesondere
einer Nutzstrahlung, emittiert. Das Licht der Wellenlänge < 100 nm und liegt
bevorzugt im, EUV-Bereich beispielsweise bei 13,5 nm. Das von der
Lichtquelle emittierte Licht wird durch den Kollektor
102,
der als grazing-incidence-Kollektor gemäß dem
in der
WO 2002/27400 gezeigt,
aufgebaut ist, gesammelt.
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Die
von der Lichtquelle ausgesandte Strahlung wird mit Hilfe des spektralen
Filterelementes 107 zusammen mit der Aperturblende 109 gefiltert,
so dass hinter der Aperturblende 109 im Wesentlichen nur
Nutzstrahlung, bspw. von 13,5 nm vorliegt. Der Spektralfilter in
Form eines Gitterelementes beugt das auf das Gitterelement auftreffende
Licht in unterschiedliche Richtungen bspw. in die –1. Beugungsordnung.
Die Aperturblende 109 ist in oder nahe des Zwischenbildes 111 der
primären Lichtquelle 100 in der –1. Beugungsordnung
angeordnet.
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In
einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, einen erfindungsgemäßen
Detektor
200.1 wie in den
2a bis
2c dargestellt nahe
des Zwischenfokus
111 der Lichtquelle im Lichtweg von der
Lichtquelle
100 zur Feldebene
202 des Beleuchtungssystems
240 vor
der Aperturblende
109 anzuordnen. Der Detektor
200.1,
kann in dieser Position ein Lichtsignal der Lichtquelle
100,
falls das Zwischenbild
111 der Lichtquelle
100 größer
ist als die Aperturöffnung der Aperturblende
109.
In einer derartigen Position kann ein Lichtintensitätssignal detektieren
werden, das unbeeinflusst von den optischen Komponenten des nachfolgenden
Beleuchtungssystems ist. Bevorzugt werden vor der Aperturblende
109 vier
oder mehr Detektoren angeordnet. Beispielsweise mit einer Quadrantendetektion
wie in der
WO2004/031 854 offenbart,
kann nicht nur die Lichtintensität gemessen werden, sondern
aus den gemessenen Intensitäten der jeweiligen Quadrantendetektoren
Assymmetriesignale und Symmetriesignale erhalten werden, mit denen
zusätzlich eine Dejustage der Lichtquelle
100 relativ
zum Beleuchtungssystem, das im Lichtweg hinter der Aperturblende
109 liegt,
detektiert weden kann. Der Offenbarungsgehalt betreffend die Quadrantendetektion
wie in der
WO2004/031 854 beschrieben,
wird in den Inhalt der vorliegenden Anmeldung vollumfänglich
miteingeschlossen.
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Das
Beleuchtungssystem 240 der Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage
umfasst im Lichtweg nach dem Zwischenfokus 111 des Weiteren ein
erstes facettiertes optisches Element 113 mit ersten Facetten
sog. Feldrasterelementen, die bei katoptrischen Systemen als kleine
Facettenspiegel ausgebildet sind und ein zweites optisches Element 115 mit
zweiten Facetten sog. Pupillenrasterelementen bzw. Pupillenfacetten,
die bei katoptrischen Systemen ebenfalls als Facettenspiegel ausgebildet
sind. Das erste optische Element 113, umfassend die Feldfacetten
zerlegt das Lichtbüschel 117, dass von der primären
Lichtquelle 100 her auftrifft in eine Vielzahl von Lichtbündeln.
Jedes Lichtbündel wird fokussiert und bildet eine sekundäre
Lichtquelle aus am Ort oder nahe des Ortes an der das zweite optische
facettierte Element 115 mit Pupillenrasterelementen angeordnet
ist.
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Eine
weitere Möglichkeit wäre eine Anordnung wenigstens
eines Detektors
200.2 auf dem Feldfacettenspiegel
113.
Ein derartiger Detektor ist dann im Fernfeld der aus Lichtquelle
100 und
Kollektor
102 bestehenden sogenannten Quelle/Kollektoreinheit
angeordnet. Der erfindungsgemäße Detektor ist
ein Detektor wie in einer der
2a bis
2c dargestellt.
Es kann ein Detektor oder mehrere Detektoren auf dem Feldfacettenspiegel
113 angeordnet
sein. Der oder die Detektoren
200.2 sind auf dem Feldfacettenspiegel,
der eine Vielzahl von Feldfacetten umfasst neben den einzelnen Feldfacetten
beispielsweise in Lücken zwischen zwei benachbarten Feldfacetten
auf einem Trägerelement für die einzelnen Feldfacetten
angeordnet. Die Feldfacetten sind bei einem EUV-Beleuchtungssystem
reflektiv als Feldfacettenspiegel ausgebildet. Mit Detektoren
200.2,
die auf dem Feldfacettenspiegel angeordnet sind, ist es möglich
Schwankungen der Quell-Intensität zu messen. Eine Anordnung
von Detektoren auf einem Feldfacettenspiegel neben einzelnen Feldfacetten
auf dem Trägerelement ist in der
WO2004/031 854 gezeigt. Der Inhalt
der
WO 2004/031854 wird diesbezüglich
vollumfänglich in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden
Anmeldung mitaufgenommen.
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Besonders
bevorzugt ist die Anordnung eines Detektors im Projektionsobjektiv 250.
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In
der Objektebene 203 des Projektionsobjektives ist ein Retikel 201 auf
einem Transportsystem angeordnet. Das in der Objektebene 203 angeordnete
Retikel wird mit Hilfe des Projektionsobjektives 250 auf
ein lichtsensitives Substrat 220 bspw. einen Wafer in der
Bildebene 205 des Projektionsobjektives abgebildet. Der
Wafer bzw. das Substrat ist im Wesentlichen in der Bildebene 205 des
Projektionsobjektives 250 angeordnet. Die gleichmäßige
Belichtung des lichtempfindlichen Substrates wird durch eine Regeleinheit 209,
die die Scan-Geschwindigkeit des Trägersystems 270 auf
dem das lichtempfindliche Substrat angeordnet ist, einstellt oder
die Taktfrequenz der Lichtquelle in Abhängigkeit von dem
vom Detektor 200.1, 200.2, 200.3.1, 200.3, 200.4 aufgenommenen
Lichtsignal geregelt.
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Um
die Änderung der Lichtintensität in einer Objektebene 203 des
Projektionsobjektives und damit auch in der Bildebene 205 des
Projektionsobjektives, in der das auszuleuchtende Objekt, beispielsweise
der Wafer angeordnet ist, beispielsweise aufgrund von Schwankungen
der Lichtquelle oder durch das Einbringen einer Blende zur Einstellung
der Ausleuchtungen aufzunehmen, kann in einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung vorgesehen sein, wenigstens einen erfindungsgemäßen
Detektor wie in den 2a bis 2c dargestellt,
in oder nahe der Objektebene oder in oder nahe der Bildebene 205 anzuordnen.
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Der
in 4 gezeigte Detektor 200.3 ist nahe der
Objektebene 203 des Projektionsobjektives in der eine strukturierte
Maske, das sogenannte Retikel 201 angeordnet ist, plaziert.
Eine Anordnung in der Objektebene 203 ist im Regelfall
nicht möglich, weil das Retikel 201 mechanisch
austauschbar ausgebildet sein soll. Bei einer Anordnung nahe der
Objektebene 203 ist darauf zu achten, dass der durch das Öffnungsverhältnis
der Beleuchtung gegebene Halbschatten den ausgeleuchteten Bereich
in der Objektebene 203 nur so wenig wie möglich
vignettiert wird. Diesbezüglich wird auf die Beschreibung
zu 3c verwiesen.
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In 4 stimmt
die Objektebene 203 des Projektionsobjektives 250 im
wesentlichen mit der Feldebene 202 des Beleuchtungssystems 240 überein.
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Möglich
wäre auch eine Anordnung einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung im Projektionsobjektiv 250 mit sechs Spiegeln
S1, S2, S3, S4, S5, S6, beispielsweise als Intensitätssensor
in oder nahe einer Pupillenebene E des Projektionsobjektives. Ein
derartiger Sensor ist mit Bezugsziffer 200.5 bezeichnet. Auch
eine Anordnung in oder nahe der Bildebene 205 des Projektionsobjektives 250,
in der der Wafer 220 zu liegen kommt, kommt in Frage. Dort
kann der Detektor als Unifomitätssensor oder als Spotsensor eingesetzt
werden. Ein in der Bildebene 205 des Projektionsobjektives 250 angeordneter
Sensor ist mit Bezugsziffer 200.6 bezeichnet.
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In
dem gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst das Projektionsobjektiv
250 sechs
Spiegel, einen ersten Spiegel S1, einen zweiten Spiegel S2, einen
dritten Spiegel S3, einen vierten Spiegel S4, einen fünften
Spiegel S5 und einen sechsten Spiegel S6, die um eine gemeinsame
optische Achse HA zentriert angeordnet sind. Das dargestellte Projektionsobjektiv
250 hat
eine positive Schnittweite. Dies bedeutet, dass der Hauptstrahl
CR zum zentralen Feldpunkt, der vom Retikel reflektiert wird in
eine Richtung hin zum Retikel in das Projektionsobjektiv läuft.
Auch Projektions-Objektive mit negativer Schnittweite sind möglich,
wie beispielsweise in der
WO
2004/010224 offenbart. Der Schnittpunkt S der optischen
Achse HA des Objektivs mit dem am Retikel reflektierten Hauptstrahl
CR zum zentralen Feldpunkt ergibt die Lage der Eintrittspupille
E, die mit der Austrittspupille des Beleuchtungssystems übereinstimmt.
Durch eine Blende (nicht gezeigt) bzw. eine veränderbare
Zuordnung von Feldfacetten zu Pupillenfacetten, kann die Ausleuchtung
in der Pupillenebene bzw. in der Eintrittspupille geändert,
werden.
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Die
zuvor erläuterten Anordnungen sind lediglich beispielhaft.
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Der
Detektor gemäß der Erfindung kann im Lichtweg
von der Lichtquelle zur Objektebene 203 auch an anderen
beliebigen Orten im Projektionsobjektiv plaziert werden. Auch ist
es möglich, mehrere Detektoren (nicht gezeigt) einzusetzen,
die an verschiedenen Orten angeordnet sind. Alternativ kann der
Detektor 200.1, 200.2, 200.3., 200.4, 200.5, 200.6 auch
verfahrbar ausgebildet sein. Selbstverständlich sind die
Detektoren 200.1, 200.2, 200.3, 200.4, 200.5, 200.5, 200.6 lediglich
beispielhaft; in den eingezeichneten Positionen wäre es
auch möglich nicht nur einen Detektor anzuordnen, sondern eine
Vielzahl derartiger Detektoren wie zuvor ja auch bereits beschrieben.
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Eine
weitere mögliche Anordnung des Detektors könnte
in einer Pupillenebene sein.
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Im
Beleuchtungssystem ist eine Pupillenebene eine Ebene, in der die
Austrittspupille des Beleuchtungsystems zu liegen kommt bzw. eine
zur Austrittspupille konjugierte Ebene. Beispielsweise ist das zweite
facettierte optische Element, der sogenannte Pupillenfacettenspiegel
in einer Pupillenebene angeordnet. Ein Detektor
200.4 gemäß der
Erfindung könnte daher auf dem Pupillenfacettenspiegel
115 angeordnet
sein. Der auf dem Pupillenfacettenspiegel angeordnete Detektor
200.4 bzw.
die auf dem Pupillenfacettenspiegel angeordneten Detektoren werden
in der Regel mit Licht beleuchtet, dass von einer oder mehreren
Feldfacette des Feldfacettenspiegels
113 aufgenommen und
auf den Detektor
200.4 gelenkt wird. Das Licht wird von
der Feldfacette des Feldfacettenspiegels
113 aus dem Beleuchtungsstrahlengang,
der zur Ausleuchtung der Feldebene beiträgt, ausgekoppelt
und trägt daher zu der Feldausleuchtung nicht bei. Mit
Hilfe eines derartigen Detektors, der auf dem Trägerelement
des Pupillenfacettenspiegels angeordnet ist, kann nicht nur eine Schwankung
der Lichtintensität der Lichtquelle
100 bestimmt
werden, sondern auch die Positionierung des aus Lichtquelle
100 und
Kollektor
102 bestehenden Quell-/Kollektormoduls relativ
zu dem nachfolgenden Belichtungssystem wie in der
WO2004/031854 beschrieben, deren
Offenbarungsgehalt vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung mit
aufgenommen wird.
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Das
vom Detektor 200.1, 200.2, 200.3., 200.4., 200.4 aufgenommene
Lichtsignal kann direkt als Steuersignal oder als Regelsignal für
eine Steuer-/Regeleinheit 209 beispielsweise zur Einstellung der
Scangeschwindigkeit beispielsweise über Leitung 211 und/oder
der Lichtintensität der Lichtquelle verwandt werden. Mit
dem Signal des erfindungsgemäßen Detektors können
beispielsweise Intensitätsschwankungen der Lichtquelle
geregelt bzw. kompensiert werden.
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Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage
sind darüber hinaus im Lichtweg hinter dem zweiten facettierten
optischen Element dem Pupillenfacettenspiegel zwei normal-incidence-Spiegel 170, 172,
und ein grazing-incidence-Spiegel 174 zur Abbildung der
Pupillenfacetten in die Eintrittspupille E des Projektionsobjektives
zur Formung des Feldes in der Objektebene dargestellt. Besitzen
die Feldrasterelemente die Form des auszuleuchtenden Feldes so ist
es nicht erforderlich einen Spiegel für die Feldformung
vorzusehen
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Detektoren
zur Pupillenausleuchtung können nicht nur in einer Pupillenebene
im Beleuchtungssystem, sondern auch in einer Pupillenebene im Projektionsobjektiv
angeordnet sein.
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Die
Eintrittspupille E des Projektionsobjektives, die mit der Austrittspupille
des Beleuchtungssystems übereinstimmt und eine Pupillenebene
im Projektionsobjektiv darstellt, ergibt sich durch den Schnittpunkt
der optischen Achse HA des Projektionsobjektives 250 mit
dem am Retikel reflektierten Hauptstrahl CR zum zentralen Feldpunkt
Z des in 3 gezeigten Feldes.
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Generell
ist die in 4 beschriebene EUV-Projektionsbelichtungsanlage
lediglich als Beispiel zu verstehen, ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt
ist.
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Die
erfindungsgemäßen Detektoren sind in beliebig
aufgebauten Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlagen, insbesondere
für Wellenlängen < 100 nm verwendbar. Die Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlagen
weisen ganz allgemein ein Belichtungssystem zur Ausleuchtung eines
Feldes und zur Formung einer Winkelverteilung in einer Austrittspupille
sowie ein Projektionsobjektiv zur Abbildung eines Objektes in einer
Objektebene in ein Bild in einer Bildebene auf.
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In 5 ist
nochmals detailliert eine mögliche Anordnung eines erfindungsgemäßen
Detektors 1000 in oder nahe einer Objektebene und/oder
Bildebene dargestellt. Ein Detektor in einer derartigen Position
ist auch in 4 mit Bezugsziffer 200.3 gezeigt.
Der Detektor 1000 umfasst ein Konversionselement 1010,
ein lichtleitendes Element 1020 sowie ein Detektionselement 1030.
Des Weiteren zu erkennen ist die Feldebene 1040 des Beleuchtungssystems
sowie das durch die von der Lichtquelle her einfallende EUV-Strahlung 1070 ausgeleuchtete
Feld 1080. Die Feldebene 1040 ist ebenfalls in 4 dargestellt
und in 4 mit der Bezugsziffer 202 belegt. Das
ausgeleuchtete Feld 1080 hat die Form wie in 3b dargestellt
Das Licht der Lichtquelle (nicht dargestellt) wird durch das Beleuchtungssystem
geleitet, das wie in 4 gezeigt, aufgebaut sein kann. Der
EUV-Beleuchtungsstrahlengang der von der Lichtquelle her einfällt
ist mit 1070 bezeichnet. In der Feldebene 1080 wird
beispielsweise an einem reflektiv ausgestalteten Retikel 1090 (nicht
gezeigt) die einfallende Beleuchtungsstrahlung 1070 reflektiert
und gelangt in einem Abbildungsstrahlengang 1090 in das
Projektionsobjektiv, mit dessen Hilfe die Struktur des Retikels
auf eine lichtempfindliche Schicht abgebildet wird.
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Der
Szintillatorkopf 1010 zur Aufnahme des Lichtsignales ist
im Strahlengang 1070, wie beispielsweise in 3c dargestellt,
angeordnet. Der sich durch die Anordnung des Detektors ergebende Halbschatten
ist in 3c gezeigt.
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Die
Anordnung nahe zur Feldebene wird bestimmt durch die Größe
des Halbschattens, wie im Ausführungsbeispiel zu 3c beschrieben.
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In 6 ist
nochmals schematisch der Regelkreis dargestellt, mit dem eine gleichmäßige
Ausleuchtung in der Feldebene sichergestellt wird. Das von der Lichtquelle 2000 abgegebene
Licht wird mittels der Detektionsvorrichtung 2020 gemessen.
Als Detektionselement wird eine Fotodiode 2030 eingesetzt.
Bei Verwendung einer Fotodiode kann mit Hilfe eines Wandlers 2050 ein
Ist-Signal, beispielsweise ein Ist-Spannungssignal erzeugt werden,
das einer Regeleinheit 2060 zugeführt wird. Die
Regeleinheit vergleicht das Ist-Spannungssignal mit einem Soll-Signal 2070 und
regelt in dem dargestellten Ausführungsbeispiel dann die
Lichtintensität der Lichtquelle, beispielsweise indem sie
die Taktfrequenz der Lichtquelle ändert.
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Mit
der vorliegenden Erfindung wird somit erstmals eine Vorrichtung
angegeben, mit der EUV-Strahlung detektiert werden kann und das
Detektionselement eine sehr hohe Lebensdauer aufweist. Weitere Vorteile
der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind ihre mechanische
und thermische Unempfindlichkeit und ihre weitgehende Wartungsfreiheit.
Darüber hinaus können die Vorrichtungen leicht in
ihren geometrischen Formen an die Nachweisgebiete angepasst werden.
Aufwendige Fassungen sind nicht nötig.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- - WO 2002/27400 [0091]
- - WO 2004/031854 [0093, 0093, 0095, 0095, 0106]
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