DE102011016058A1

DE102011016058A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Einstellung von Eigenschaften eines Strahlenbündels aus einem Plasma emittierter hochenergetischer Strahlung

Info

Publication number: DE102011016058A1
Application number: DE102011016058A
Authority: DE
Inventors: Dr. Bolshukhin Denis; Alexander Keller; Dr. Schürmann Max Christian; Dr. Schriever Guido; Dr. Ahmad Imtiaz; Dr. Kleinschmidt Jürgen
Original assignee: Xtreme Technologies GmbH
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2011-04-01
Filing date: 2011-04-01
Publication date: 2012-10-04
Anticipated expiration: 2031-04-02
Also published as: US8410422B2; JP5282152B2; DE102011016058B4; NL2008529C2; JP2013102115A; NL2008529A; US20120248327A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Einstellung von Eigenschaften eines Strahlenbündels aus einem Plasma emittierter hochenergetischer Strahlung, insbesondere für Anwendungen in der Halbleiter-Lithographie. Die Aufgabe, eine neue Möglichkeit zur Erfassung und Einstellung von Eigenschaften eines Strahlenbündels aus einem Plasma emittierter hochenergetischer Strahlung zu finden, mit der repräsentative Messwerte erfasst werden können, anhand derer eine Kollektoroptik für das Strahlenbündel im Fernfeld (extrafokal) definiert einstellbar sind, wird erfindungsgemäß gelöst, indem innerhalb eines mittels einer Kollektoroptik fokussiertes Strahlenbündel eine Intensitätsverteilung der Strahlung über den Querschnitt des konvergierenden Strahlenbündels (15) in einer Messebene (152) senkrecht zur optischen Achse (13) vor einem Zwischenfokus (16) erfasst wird, wobei Intensitätswerte für eine Anzahl von mit unterschiedlichen Radien konzentrisch zur optischen Achse (13) ausgerichteten Empfangsbereichen (25) einer Messeinrichtung (2) in definierten Sektoren (251) aufgenommen und aus dem Vergleich der Intensitätswerte unterschiedlicher Sektoren (251) Messgrößen und Stellgrößen zum Ausrichten der Kollektoroptik (14) ermittelt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Einstellung von Eigenschaften eines Strahlenbündels aus einem Plasma emittierter hochenergetischer Strahlung, insbesondere für Anwendungen in der Halbleiter-Lithographie.
Strahlungsquellen für die Halbleiter-Lithographie beinhalten meist eine Kollektoroptik zum Sammeln und Fokussieren der von einem eng begrenzten, aber nicht punktförmigen Quellort divergent emittierten Strahlung in ein konzentriertes Strahlenbündel entlang einer optischen Achse. Die Strahlenbündel können dabei von einem Entladungsplasma (discharge produced plasma, DPP) oder einem lasergenerierten Plasma (laser produced plasma, LPP) stammen. Das Strahlenbündel wird üblicherweise auf eine definierte Apertur in einem Zwischenfokus (IF – intermediate focus) fokussiert, um diesen als Strahlungsquellort für eine konkrete Anwendung (z. B. für einen Scanner der Halbleiterlithographie) zur Verfügung zu stellen.
Dazu ist eine quellmodulinterne Ausrichtung der optischen Achse der Kollektoroptik zu der Achse, die durch die Position des Quellortes und des anschließenden Optiksystems der Anwendung definiert ist, notwendig. Diese beiden Achsen müssen zur Übereinstimmung gebracht werden und das Zentrum der IF-Apertur durchqueren. Anderenfalls würde ein Teil des Strahlenbündels an der IF-Aperturblende der Strahlungsquelle reflektiert und somit das transmittierte Strahlenbündel abgeschattet. Gleichzeitig soll nach dem Zwischenfokus außer der Gesamtintensität auch die Homogenität innerhalb des Querschnitts des Strahlungsbündels maximiert sein.
Die Schwierigkeit der notwendigen Achsausrichtung liegt jedoch darin, dass der Einsatzort eines metrologischen Messmoduls stark eingeschränkt bzw. wegen des direkten Anschlusses der Anwendung (z. B. eines lithographischen Scanners) hinter dem Zwischenfokus kein Raum frei ist, ohne das Strahlungsquellenmodul vollständig von der Anwendung abzukoppeln oder in den Strahlverlauf innerhalb der Anwendung einzugreifen. Beide letztgenannten Optionen sind unerwünscht.
Strahlungsquellen zur Erzeugung weicher Röntgenstrahlung (EUV) werden bei geringen Drücken von wenigen Pascal (1...30 Pa) betrieben, wobei in einer Vakuumkammer ein Plasmaerzeugungsmodul entweder ein Entladungsplasma (discharge produced plasma, DPP) oder ein lasergeneriertes Plasma (laser-produced plasma, LPP) generiert und einen konzentrierten Strahlungsquellort (d. h. ein räumlich ausgedehntes, aber in erster Näherung punktförmiges Plasma) erzeugt. Die von diesem Quellort isotrop emittierte Strahlung wird mittels einer Kollektoroptik in einen Zwischenfokus (IF) in die unmittelbare Nähe einer Austrittsapertur (IF-Apertur) der Strahlungsquelle bzw. der dafür verwendeten Vakuumkammer abgebildet. Die IF-Apertur stellt dabei häufig die Schnittstelle zwischen dem Strahlungsquellenmodul (inklusive Kollektor-Kondensor-Optik) und einem nachgeordneten optischen System der Anwendung dar.
Die Qualität des im Zwischenfokus bereitgestellten Strahlenbündels ist entscheidend für die nachgelagerte Anwendung, weshalb innerhalb eines Strahlungsquellenmoduls eine optimale Justierung und einfache Korrektur der Ausrichtung (alignment) von Strahlungsquellort (Plasma), Kollektor-Kondensor-Optik (im Folgenden verkürzt: Kollektoroptik) und IF-Apertur von größter Bedeutung sind. Üblicherweise sind in dem Strahlungsquellenmodul auch Justiermittel zur Ausrichtung der Kollektoroptik zwischen Strahlungsquellort und IF-Apertur vorhanden, die eine Bewegung der Kollektoroptik ihren sechs Freiheitsgraden erlauben.
Die Bedingungen für die Ausrichtung (alignment) des Strahlenbündels sind für zwei Ebenen, die Ebene der Austrittsapertur des Quellenmoduls (d. h. die Apertur des Zwischenfokus) und eine Fernfeldebene hinter dem Zwischenfokus definiert. Sie umfassen neben der korrekten Ausrichtung des Strahlenbündels zur optischen Achse der Anwendungseinheit auch die Intensität bei einer gewünschten Wellenlänge und deren gleichmäßige Verteilung über den Querschnitt des Strahlenbündels. Zur Überprüfung und Korrektur der Ausrichtung von Kollektoroptik und Quellort (Plasma) sind also Daten einer Messeinrichtung nötig, die in zuverlässiger und langzeitstabiler Weise die Überwachung der Eigenschaften des Strahlenbündels für eine Fernfeldebene gestattet und diese Messdaten ohne Störung des Strahlengangs der Anwendungseinheit erfasst. Dabei ist jedoch problematisch, dass die Eigenschaften des Strahlenbündels vor und nach der Apertur verschieden sind, da beispielsweise ein Teil der Strahlung die Apertur nicht passiert.
Der Erfindung liegt die daher Aufgabe zugrunde, eine neue Möglichkeit zur Erfassung und Einstellung von Eigenschaften eines Strahlenbündels hochenergetischer, aus einem Plasma emittierter Strahlung zu finden, mit der vor Austritt aus dem Strahlungsquellenmodul (intrafokal), d. h. vor einem Zwischenfokus, repräsentative Messwerte erfasst werden können, anhand derer eine Kollektoroptik so ausgerichtet werden kann, dass Eigenschaften des Strahlenbündels im Fernfeld (extrafokal) definiert eingestellt sind.
Die Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Erfassung und Einstellung von Eigenschaften eines Strahlenbündels hochenergetischer Strahlung, bei dem aus einem Plasma emittierte Strahlung mittels einer Kollektoroptik als konvergierendes Strahlenbündel entlang einer optischen Achse in einen Fokus gerichtet wird und nach einer dem Fokus zugeordneten Austrittsapertur entlang der optischen Achse in einer Fernfeldebene als symmetrisches und homogenes Strahlenbündel vorliegen soll, durch folgende Schritte gelöst:

– Erfassen einer Intensitätsverteilung der Strahlung über den Querschnitt des konvergierenden Strahlenbündels in einer Messebene senkrecht zur optischen Achse vor der Austrittsapertur;
– Aufnehmen von Intensitätswerten für eine Anzahl von mit unterschiedlichen Radien konzentrisch zur optischen Achse ausgerichteten Empfangsbereichen einer Messeinrichtung,
– Zuordnen der Empfangsbereiche zu einem Koordinatensystem, das so festgelegt wird, dass dessen Koordinatenursprung von der optischen Achse durchstoßen wird und mittels der Koordinatenachsen für die Messebene Sektoren definiert werden,
– Vergleichen der Intensitätswerte von jeweils zwei verschiedenen Empfangsbereichen, die in der Messebene für unterschiedliche Messpositionen bezüglich des Koordinatensystems ausgewählt werden,
– Erzeugen von Messgrößen, die auf einer Mehrzahl von Intensitätswert-Vergleichen bezüglich des in der Messebene definierten Koordinatensystems basieren,
– Konvertieren der Messgrößen in Stellgrößen für Stelleinrichtungen der Kollektoroptik und
– Ausrichten der Kollektoroptik anhand der ermittelten Stellgrößen.

Vorteilhaft werden die Messungen und Vergleiche von Intensitätswerten, die Ermittlung von Messgrößen und Stellgrößen sowie deren Anwendung zur Ausrichtung der Kollektoroptik so lange wiederholt, bis die Messgrößen um weniger als eine gewählte Toleranzvorgabe von einem Zielwert abweichen, sodass die Intensitätsverteilung des konvergierenden Strahlenbündels gegenüber der optischen Achse weitgehend symmetrisch und über den Querschnitt homogen ausgerichtet ist.
Es erweist sich als zweckmäßig, die aus den konzentrisch zur optischen Achse ausgerichteten Empfangsbereichen oder Gruppen von Empfangsbereichen erfassten Intensitätswerte miteinander zu vergleichen, um die Intensitätsverteilung bezüglich des Abstandes von der optischen Achse als Messgröße darzustellen.
Vorzugsweise werden von den konzentrisch zur optischen Achse ausgerichteten Empfangsbereichen jeweils Intensitätswerte aus Sektoren, die bezüglich jeweils einer Koordinatenachse des Koordinatensystems flächengleich und zueinander spiegelsymmetrisch liegen, miteinander verglichen und daraus Asymmetriefaktoren auf Basis von Summen der bezüglich der jeweiligen Koordinatenachse verglichenen Intensitätswerte als Messgrößen berechnet.
Vorteilhaft kann das Koordinatensystem nach erfolgter erster Berechnung von Messgrößen durch Vergleich von Intensitätswerten aus spiegelsymmetrisch definierten Sektoren von konzentrischen Empfangsbereichen um einen bestimmten Winkel um die optische Achse gedreht und eine zweite Berechnung von Messgrößen durch Vergleich von Intensitätswerten aus spiegelsymmetrisch definierten Sektoren unter den so veränderten Achslagen durchgeführt werden.
Als Koordinatensystem wird zweckmäßig ein kartesisches Koordinatensystem gewählt, dessen erste und zweite Koordinatenachsen orthogonal zueinander in der Messebene gewählt werden und deren dritte Koordinatenachse stets entlang der optischen Achse ausgerichtet ist.
Vorteilhaft werden die Empfangsbereiche als Kreisringe bezüglich Anzahl und Radien so gewählt, dass in diesen jeweils nur von bestimmten Strukturen der Kollektoroptik reflektierte Strahlung als separate Intensitätswerte erfasst werden können.
Des Weiteren erweist es sich als zweckmäßig, dass die Intensitätswerte innerhalb von kreisringförmigen Empfangsbereichen jeweils in Kreisringsektoren, die durch die. Koordinatenachsen eines kartesischen Koordinatensystems unterteilt sind, erfasst werden.
Die Messgrößen werden vorteilhaft in Form von Asymmetriefaktoren, basierend auf Summen von verglichenen Intensitätswerten spiegelsymmetrisch definierter Sektoren von Kreisringen, berechnet und die Ausrichtung der Kollektoroptik wird dann beendet, wenn diese Asymmetriefaktoren bezüglich jeder in der Messebene betrachteten Koordinatenachse kleiner als ein vorgegebener, vom Zielwert Null abweichender Toleranzwert sind.
Des Weiteren wird die Aufgabe bei einer Vorrichtung zur Erfassung und Einstellung von Eigenschaften eines Strahlenbündels hochenergetischer Strahlung, bei der aus einem Plasma divergent emittierte Strahlung innerhalb einer Strahlungsquelleneinheit entlang einer optischen Achse mittels einer Kollektoroptik als konvergierendes Strahlenbündel in einem Fokus gebündelt und nach einer dem Fokus zugeordneten Austrittsapertur der Strahlungsquelleneinheit in eine Anwendungseinheit eingekoppelt ist, wobei nach dem Fokus entlang der optischen Achse in einer Fernfeldebene definierte Eigenschaften bezüglich Symmetrie und Homogenität des Strahlenbündel gefordert sind, dadurch gelöst, dass eine Messebene zum Erfassen einer Intensitätsverteilung der Strahlung senkrecht zur optischen Achse im konvergierenden Strahlenbündel innerhalb der Strahlungsquelleneinheit vor der Austrittsapertur eingerichtet ist, dass eine Messeinrichtung zur ortsaufgelösten Aufnahme der Intensitätsverteilung der Strahlung mit einer Anzahl von mit unterschiedlichen Radien konzentrisch zur optischen Achse angeordneten Empfangsbereichen vorhanden ist, die mindestens ein bewegliches Teil aufweist, wodurch die Intensitätsverteilung innerhalb der Messebene im konvergierenden Strahlenbündel temporär erfassbar ist, dass eine Steuereinheit vorhanden ist, die mit der Messeinrichtung zur ortsaufgelösten Aufnahme der Intensitätsverteilung verbunden ist und Mittel zur Festlegung eines Koordinatensystems für die konzentrische Anordnung der Empfangsbereiche in der Messebene sowie Mittel zur Erzeugung von Messgrößen, basierend auf Vergleichen von aus den Empfangsbereichen erfassten Intensitätswerten untereinander, und zur Konvertierung der Messgrößen in Stellgrößen zur Ausrichtung der Kollektoroptik aufweist, und dass Stelleinrichtungen an der Kollektoroptik angebracht sind, die mit der Steuereinheit in Verbindung stehen, sodass mittels von der Steuereinheit bereitgestellter Stellgrößen die Kollektoroptik in allen Freiheitsgraden manipulierbar ist, sofern die jeweiligen Messgrößen von einer jeweiligen Zielgröße eine Abweichung aufweisen, die eine vorgegebene Toleranz überschreitet.
Vorteilhaft weist die Kollektoroptik mehrere rotationssymmetrisch um eine Längsachse der Kollektoroptik angeordnete Schalen auf, denen jeweils separate Empfangsbereiche der Messeinrichtung zugeordnet sind, sodass der jeweilige Empfangsbereich in Lage und Größe für jeweils an einer Schale reflektierte Strahlung angepasst ist.
Es erweist sich als besonders zweckmäßig, wenn die Messeinrichtung Empfangsbereiche in Form von konzentrisch lückenlos angeordneten Kreisringen aufweist, die durch die Koordinatenachsen des Koordinatensystems in mindestens vier Kreisringssektoren für die örtlich aufgelöste Erfassung von Intensitätswerten unterteilt sind.
Die Messeinrichtung zur Erfassung der Intensitätswerte weist vorteilhaft mindestens einen in die Messebene einschiebbaren Schirm sowie eine starr befestigte Kamera zur ortsauflösenden Aufnahme eines zweidimensionalen Abbildes der am Schirm transmittierten Intensitätsverteilung auf.
Der Schirm ist vorzugsweise ein lumineszierender Schirm, der von der Strahlungsquelle emittierte, von der Kollektoroptik gebündelte hochenergetische Strahlung in sichtbares Licht konvertiert, und die Kamera ist dann als herkömmliche für sichtbares Licht empfindliche Kamera ausgebildet.
Die Messeinrichtung weist in einer ersten Ausführungsform vorteilhaft eine Kamera auf, die schräg auf den in der Messebene befindlichen Schirm ausgerichtet und mit einer Objektiv-Sensor-Einstellung gemäß der bekannten Scheimpflug-Bedingung ausgebildet ist.
In einer zweiten Gestaltungsvariante weist die Messeinrichtung zweckmäßig einen dem Schirm nachgeordneten und gemeinsam mit diesem beweglichen Umlenkspiegel auf, der die vom Schirm übertragene Intensitätsverteilung auf die Kamera umlenkt.
Eine dritte Ausführung der Messeinrichtung weist eine Kamera auf, die dem Schirm nachgeordnet und starr mit diesem gekoppelt gemeinsam in die optische Achse einschwenkbar ist.
Die Grundidee der Erfindung basiert auf der Überlegung, dass die Eigenschaften des (extrafokalen) Fernfeldes des vom Strahlungsquellenmodul für eine Anwendungseinheit bereitgestellten Strahlenbündels aus Eigenschaften eines Abschnitts des Strahlenbündels vor der Austrittsapertur des Strahlungsquellenmoduls, d. h. vor dem Zwischenfokus (intrafokal), zuverlässig bestimmt werden muss, um eine Justierung und Korrektur der Bündeleigenschaften der Strahlungsquelle innerhalb der Strahlungsquelleneinheit zu realisieren und somit Eingriffe in die nachgeordnete Anwendung oder eine externe Prüfung der demontierten Strahlungsquelleneinheit zu vermeiden. Die Erfindung löst dieses Problem, indem intrafokal eine Messeinrichtung in eine vorzugsweise zur optischen Achse orthogonale Ebene möglichst nahe dem Zwischenfokus eingebracht wird, die eine segmentierte Erfassung von Intensitätswerten innerhalb des Strahlquerschnitts ermöglicht, so dass neben Intensitätsmessungen über den gesamten Strahlquerschnitt auch Intensitätswerte in Einzelbereichen erfasst und Intensitätsverteilungen sowie deren Veränderung bei Manipulation der Kollektorausrichtung ausgewertet werden können.
Dabei wird die optische Achse als eine Gerade durch einen statistischen Mittelpunkt (oder die Soll-Lage) des Strahlungsquellortes und durch das Zentrum der Austrittsapertur des Strahlungsquellenmoduls definiert. Der Begriff „statistischer Mittelpunkt des Strahlungsquellortes” berücksichtigt dabei, dass die Emission der Strahlung aus dem Plasma (bei DPP in gleicher Weise wie LPP) von Puls zu Puls schwankt und somit im zeitlichen Mittel um einen zentralen Punkt, den statistischen Mittelpunkt, changiert. Der Durchstoßpunkt der optischen Achse durch die Messeinrichtung wird mittels mechanischer Referenzen gegenüber der Austrittsapertur des Strahlungsquellenmoduls bestimmt und die Halterung bzw. Führung der Messeinrichtung entsprechend reproduzierbar eingestellt.
Die segmentiert (ortsaufgelöst) erfassten Intensitätswerte werden durch geeignete Mittel so aufgenommen, dass der Grad der Ortsauflösung an die qualitativen Erfordernisse der Ausrichtung des Strahlenbündels angepasst ist. Es ist dabei vorteilhaft, wenn die Messebene durch zwei Koordinatenachsen eines kartesischen Koordinatensystems aufgespannt wird, dessen Ursprung auf dem Durchtrittspunkt der (idealen) optischen Achse durch die Messebene liegt, wobei die optische Achse der dritten Koordinatenachse des Koordinatensystems zugeordnet ist. Durch die Koordinatenachsen können in der Messebene definierte Kreisringe in geeignete Kreisringsektoren für die segmentierten Intensitätswerte unterteilt werden, wobei die Kreisringsektoren vorzugsweise so gewählt werden, dass die für sie erfassten Intensitätswerte bestimmten Strukturen der Kollektoroptik zuordenbar sind. Es ist ebenso möglich in der Messebene Polarkoordinaten zu verwenden.
Aus den Intensitätswerten der Messeinrichtung werden Messgrößen erzeugt, indem aus Kreisringssektoren gebildete Messwerte einzeln oder in Gruppen miteinander verglichen werden. Der Vergleich erfolgt dabei vorzugsweise mittels einer mathematischen Zuordnungsvorschrift, die die erfassten Intensitätswerte von definierten Kreisringen oder Kreisringsektoren zueinander ins Verhältnis setzt und als Ergebnis Messgrößen liefert, die zur Manipulation (Ausrichtung) der Kollektoroptik verwendet werden. Eine Abweichung von einer symmetrischen Verteilung kann dabei bezüglich jeder vorhandenen Achse eines gewählten Koordinatensystems ermittelt werden.
Die Ausrichtung der Kollektoroptik wird dann beendet, wenn die Richtung der Symmetrieachse des Strahlenbündels zu der Richtung der (idealen) optischen Achse als optimal eingestellt gilt, weil die Abweichungen der über die Zuordnungsvorschrift der verglichenen Intensitätswerte jeweils geringer als ein vorbestimmter Toleranzwert sind (Abbruchkriterium).
Mit der Erfindung ist es möglich, Eigenschaften eines Strahlenbündels aus einem Plasma emittierter hochenergetischer Strahlung zu erfassen und einzustellen, indem vor Austritt aus dem Strahlungsquellenmodul, d. h. vor dem Zwischenfokus (intrafokal), repräsentative Messwerte erfasst werden, anhand derer die Kollektoroptik so ausgerichtet werden kann, dass Eigenschaften des Strahlenbündels im Fernfeld (extrafokal) definiert eingestellt sind.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und Abbildungen näher erläutert. Dabei zeigen
1: ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und
2: eine schematische Darstellung der Verteilung von Kreisringsektoren über den Querschnitt eines Strahlenbündels,
3: eine Darstellung der aus Kreisringsektoren ermittelten relativen Asymmetriefaktoren zur Ermittlung von Stellgrößen für die Manipulation der Schalen der Kollektoroptik.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung weist in ihrem Grundaufbau – wie 1 zu entnehmen – als wesentliche Elemente eine Strahlungsquelleneinheit 1 zur Bereitstellung hochenergetischer Strahlung mit einer Strahlungsquelle 11 in Form eines heißen dichten Plasmas (GDP oder LPP), ein von der Strahlungsquelle 11 emittiertes Strahlenbündel 12, eine optische Achse 13, die von der Strahlungsquelle 11 in Richtung einer Austrittsapertur 17 der Strahlungsquelleneinheit 1 zur Abbildung eines Fokus 16 als sekundären Quellort, eine Kollektoroptik 14 mit einer Längsachse 141 zur Abbildung der Strahlungsquelle 11 in einen Fokus 16 in der Nähe der Austrittsapertur 17, eine Messeinrichtung 2 zur ortsauflösenden Messung von Eigenschaften im Querschnitt des von der Kollektoroptik 14 kommenden konvergierenden Strahlenbündels 15, eine Steuereinheit 3 zur Speicherung und Auswertung der ortsauflösenden Messungen und Ermittlung von Stellgrößen für die Ausrichtung der Kollektoroptik 14, Stelleinrichtungen 4 zur Ausrichtung (alignment) der Kollektoroptik 14, sowie eine an die Austrittsapertur 17 anschließende Anwendungseinrichtung 5, für deren optisches System die Fernfeldebene nach dem Fokus 16 optimal eingestellt werden soll und die demzufolge die (ideale) optische Achse 13 der Strahlungsquelleneinheit 1 vorgibt.
Die optische Achse 13 verläuft vom statistischen Mittelpunkt der Strahlungsquelle 11 zur Mitte der Austrittsapertur 17, in die der Fokus 16 abgebildet wird, um als definierter sekundärer Quellort der Strahlungsquelleneinheit 1 zu fungieren.
Die von einer Strahlungsquelle 11 emittierte Strahlung, die z. B. aus einem Gasentladungsplasma (DPP) mit einer Wellenlänge von 13,5 nm erzeugt ist, wird divergent emittiertes Strahlenbündel 12 durch die Kollektoroptik 14 gesammelt, als konvergierendes Strahlenbündel 15 entlang der optischen Achse 13 gebündelt und in den Fokus 16 fokussiert, der als Zwischenfokus (intermediate focus – IF) des Gesamtsystems die Schnittstelle zu einer Anwendungseinrichtung 5 dient. Diese Anwendungseinrichtung 5 ist beispielsweise ein Scanner der EUV-Lithographie für die Halbleiterchipherstellung. Die Strahlungsquelle 11 soll vorzugsweise ein Gasentladungsplasma sein, kann aber auch durch ein lasergeneriertes Plasma (LPP) oder eine Kombination davon (sog. Hybridquelle) gebildet sein.
Ist die Strahlungsquelleneinheit 1 ideal justiert, fallen optische Achse 13, Längsachse 141 der Kollektoroptik 14 und Symmetrieachse 151 des konvergierenden Strahlenbündels 15 zusammen und führen zu einer homogenen symmetrischen Intensitätsverteilung im Querschnitt des konvergierenden Strahlenbündels 15. Dies ist aber regelmäßig nicht der Fall, wenn eine mehrschalige genestete Kollektoroptik 14 mit streifender Reflexion verwendet wird.
Gemäß der gewählten Ausführung von 1 ist die Kollektoroptik 14 eine aus fünf genesteten (d. h. ineinandergeschachtelten) Schalen 142 aufgebaute Woltersoptik, wobei die Schalen 142 einzeln durch separate Stelleinrichtungen 4 angesteuert, d. h. in ihrer Ausrichtung mechanisch verstellt, werden können. Jede Schale 142 ist so angeordnet, dass von jeder Schale 142 der Kollektoroptik 14 jeweils ein ringförmiges Teilbündel unterschiedlichen Durchmessers gesammelt, reflektiert und in den Fokus 16 gerichtet wird. Dabei ist im Querschnitt des konvergierenden Strahlenbündels 15 jeder Schale 142 der Kollektoroptik 14 genau ein bestimmter räumlicher Ausschnitt (Kreisring 25, nur in 2 dargestellt) der Messebene 152 zuordenbar, in den ausschließlich Strahlung von einer jeweils betrachteten Schale 142 reflektiert wird. Die Schalen 142 können durch die Stelleinrichtungen 4 separat und somit auch asymmetrisch zueinander angesteuert werden.
In speziellen Ausführungen können die Schalen 142 auch als Teilschalen (z. B. koaxial zur Längsachse 141 geteilte Halb- oder Viertelschalen, nicht gezeichnet) ausgeführt sein, die dann jeweils separierte Stelleinrichtungen 4 aufweisen.
Im Strahlengang des konvergierenden Strahlenbündels 15 ist eine senkrecht zur optischen Achse 13 ausgerichtete Messebene 152 definiert, in die eine Messeinrichtung 2 einschwenkbar angeordnet ist. Für das Einschwenken oder Einschieben der Messeinrichtung 2 ist diese mit einem Antrieb 24 gekoppelt.
Die Messeinrichtung 2 umfasst einen in der Messebene 152 positionierten Schirm 21, der die von der Strahlungsquelle 11 emittierte hochenergetische Strahlung in eine abgeschwächte Sekundärstrahlung umwandelt und damit die Detektion der Intensität im Querschnitt des konvergierenden Strahlenbündels 15 durch herkömmliche matrixförmige Strahlungsempfänger (z. B. CCD- oder CMOS-Kameras) ermöglicht.
Für 1 soll angenommen werden, dass die EUV-Strahlung im Bereich um 13 nm durch den Schirm 21 – ohne Beschränkung der Allgemeinheit – in sichtbares Licht konvertiert (Lumineszenzschirm), sodass ein hinter dem Schirm 21 angeordneter Umlenkspiegel 22 energiearmes sichtbares Licht (VIS-Strahlung) auf eine außerhalb des konvergierenden Strahlenbündels 15 angeordnete für sichtbares Licht sensitive Kamera 23 umlenkt. Die Kamera 23 ist in diesem Beispiel eine CCD-Matrix-Kamera mit einer Auflösung von mindestens 0,2 Megapixeln, bevorzugt bis zu 5 Megapixeln.
In dem Strahlengang zwischen Spiegel 22 und Kamera 23 können weitere optische Mittel vorhanden sein, durch die eine Verzeichnung des vom lumineszierenden Schirm 21 auf die Kamera 23 übertragenen Intensitätsprofils ausgeglichen wird. Die Verzeichnung kann aber auch nachträglich im elektronisch ausgelesenen Bild korrigiert werden. Ferner können im Strahlenbündel 15 vor dem Schirm 21 noch zusätzliche den Wellenlängenbereich begrenzende Filter (sog. Purity-Filter) angeordnet sein.
In einer modifizierten Ausführung der Erfindung kann die Messeinrichtung 2 auch als direkt in das konvergierende Strahlenbündel 15 einschwenkbares Sensorarray mit vorgeordneten EUV-Spektralband-Filter (EUV-Purity-Filtern) und alternativ strahlungsschwächenden Einrichtungen, wie Absorptionsfiltern, Strahlungsmodulatoren, punktförmig den Strahlquerschnitt abrasternden Abtastblenden (nicht gezeichnet) oder einem lumineszierenden oder andersartig strahlungskonvertierenden Schirm 21 ausgeführt sein.
Dem durch die Kamera 23 aufgenommenen Strahlquerschnitt des Strahlungsbündels 15 wird ein kartesisches Koordinatensystem 26 (nur in 2 dargestellt) zugeordnet, dessen Ursprung mit dem Durchtrittspunkt der optischen Achse 13 durch die Messebene 152 zusammenfällt. Um den Ursprung sind konzentrische Kreisringe 25 definiert, die durch die orthogonalen Koordinatenachsen 261 und 262 (x- und y-Achse) eines kartesischen Koordinatensystems 26 in je vier gleichgroße Kreisringsektoren 251 unterteilt sind.
Diese Gestaltung der Messfeldaufteilung im Querschnitt des konvergierenden Strahlenbündels 15 ist in 2 für die Bildebene 231 der Kamera 23 gezeigt. Die Empfangsbereiche für die Erfassung segmentierter Intensitätswerte sind in 2 als Kreisringe in Übereinstimmung mit den Reflexionszonen der Schalen 142 der Kollektoroptik 14 (nur in 1 gezeigt) gewählt und sind durch die Koordinatenachsen 261 und 262 in Quadranten unterteilt, die die Kreisringe 25 in Kreisringsektoren 251 aufteilen.
Im ersten Quadranten ist des Weiteren eine gestrichelte Linie zu sehen, die die äußeren drei Kreisringsektoren 251 nochmals unterteilt, sodass – übertragen auf die übrigen Quadranten eine Segmentierung der Sensorempfangsbereiche in acht Kreisringsektoren 251 entsteht. Dadurch ist eine genauere Auswertung der Intensitätswerte hinsichtlich Inhomogenitäten und Asymmetrien des Strahlenbündels 15 möglich.
Eine ähnlich empfindliche Auswertung kann aber auch dadurch erzeugt werden, dass die Viertelung der Kreisringe 25 beibehalten wird, zur Auswertung aber Intensitätswerte bei zwei unterschiedlichen Ausrichtungen der Koordinatenachsen 261 und 262 aufgenommen werden. Dazu wird die Ausrichtung der Koordinatensystems 26 um den Durchstoßpunkt der optischen Achse 13 (die als z-Achse des Koordinatensystems 26 unverändert beibehalten wird) um 45° gedreht.
Für diesen Fall ist das Koordinatensystem 26 vorzugsweise durch rechentechnische Mittel in dem erfassten Bild der Kamera 23 definiert und wird entsprechend umgeschaltet, um einen zweiten Satz von Intensitätswerten aufzunehmen.
Das in 2 als Softwarekonfiguration des Sensorchips der Kamera 23 festgelegte Koordinatensystem 26 kann in alternativen Ausführungen aber auch physisch auf dem lumineszierenden Schirm 21, im Strahlengang zwischen Schirm 21 und Kamera 23, z. B. auf dem Umlenkspiegel 22, oder in der Kamera 23, z. B. auf dem Kameraobjektiv, angebracht sein.
Die Kamera 23, deren Ansteuerung und die Konfiguration der Steuereinheit 3 sind so gestaltet, dass Intensitätswerte und deren Verteilung im Strahlquerschnitt ortsaufgelöst erfasst und jeder erfasste Intensitätswert jeweils einem der Kreisringsektoren 251 eineindeutig zugeordnet wird.
Für die Kalibrierung der Vorrichtung kann, vorzugsweise einmalig vor dem Einbau der Strahlungsquelle in eine Anwendung (z. B. lithographisches Gerät), im Strahlengang des sich hinter der Austrittsapertur 17 divergent ausbreitenden Strahlenbündels 18 ein Fernfeldsensor 27 angeordnet werden, der mit der Steuereinheit 3 in Verbindung steht. Der Fernfeldsensor 27 dient der Erfassung der Eigenschaften des extrafokalen divergierenden Strahlenbündels 18 im Fernfeld jenseits von Fokus 16 und Apertur 17 und kann als jede geeignet ortsauflösende Sensoreinheit ausgebildet sein, die wie die intrafokale Messeinrichtung 2 in gleicher Art segmentiert ist und durch vorgeordnete strahlungsschwächende und/oder -konvertierende Elemente ergänzt sein kann. Der Fernfeldsensor 27 kann nur eingesetzt werden, solange hinter der Apertur 17 keine Anwendungseinheit 5, wie z. B. ein Gerät für die EUV-Lithographie, angebracht ist. Er dient der Kalibrierung der aus den Messwerten der intrafokalen Messeinrichtung 2 gewonnenen Messgrößen und Stellgrößen, für die im Speicher 31 der Steuereinheit 3 entsprechende Kalibrierfaktoren abgelegt werden.
Zur erfindungsgemäßen Erfassung und Steuerung von Intensitätsverteilungen wird eine hochenergetische Strahlung in bekannter Weise, beispielsweise im EUV-Bereich mit einer Zentralwellenlänge von 13,5 nm, aus einem emittierenden Plasma als Strahlungsquelle 11 erzeugt. Dazu können die in US 6,894,298 B2 , US 6,882,704 B2 oder US 7,599,470 B2 beschriebenen Konfigurationen verwendet werden. Die relative Position und die Puls-zu-Puls-Stabilität des Plasmas 11 werden durch bekannte steuerungstechnische Mittel und Verfahren konstant gehalten, wie sie z. B. aus US 6,894,285 B2 , US 6,829,261 B2 , US 6,865,212 B2 und US 6,914,920 B2 bekannt sind.
Das emittierte Strahlenbündel 12 wird mittels einer Kollektoroptik 14 gesammelt und als ein konvergierendes Strahlenbündel 15 entlang der definierten (idealen) optischen Achse 13 in einem Fokus 16 gebündelt. Nach Erreichung einer konstanten Arbeitsweise der Plasmaerzeugungseinrichtung (nicht bezeichnet und nur stilisiert als Box mit Strich-Punkt-Linie angedeutet) wird in die Messebene 152 die Messeinrichtung 2 senkrecht zur optischen Achse 13 so eingeschoben, dass der Querschnitt des konvergierenden Strahlenbündels 15 auf mindestens einem Teil des Messmittels 2 abgebildet wird. Fällt der Querschnitt auf einen lumineszierenden Schirm 21, so kann die Abbildung der hochenergetischen Strahlung des konvergierenden Strahlenbündels 15 in einer Strahlung anderer Wellenlänge und geringerer Strahlungsenergie erfasst und weiterverarbeitet werden.
Durch die auftreffende hochenergetische Strahlung wird der lumineszierende Schirm 21 zur Abgabe sichtbaren Lichtes angeregt. Diese wird auf einen spektral geeigneten Sensor geleitet. Im Ausführungsbeispiel gemäß 1 sind dafür ein Spiegel 22 und eine Kamera 23 vorhanden.
Das von der Kamera 23 erfasste Bild wird digitalisiert und enthält je Bildelement (Pixel) eine Information zum erfassten Intensitätswert und zur relativen Lage des Pixels in dem erfassten Bild.
In dem von der Kamera 23 erzeugten Bild wird gemäß 2 mittels bekannter rechentechnischer Mittel ein kartesisches Koordinatensystem 26 so definiert, dass dessen Ursprung mit dem Durchtrittspunkt der optischen Achse 13 durch die Messebene 152 zusammenfällt und sich die durch Koordinatenachsen 261, 262 aufgespannte x-y-Ebene auf die Messebene 152 projiziert. Die z-Koordinatenachse 263 des Koordinatensystems 26 ist der optischen Achse 13 zugeordnet.
Durch geeignete Hilfsmittel, wie Markierungen, Encoderpositionen, Endlagenschalter etc., wird sichergestellt, dass bei einer unbeabsichtigten Dejustierung der Messeinrichtung, z. B. durch Zustellbewegungen oder thermische Belastungen, die korrekte Einstellung des Koordinatenursprungs gewährleistet. Die Messebene wird unmittelbar vor der Apertur, idealerweise sogar im IF selbst (falls räumliche Gegebenheiten dies zulassen) festgelegt. Diese Position kann im Einzelfall in Abhängigkeit von der Größe und/oder Stabilität des Quellortes sowie von den Kollektoreigenschaften, wie Vergrößerung und Aberrationen, optimiert werden.
Falls es die Platzverhältnisse im Strahlungsquellenmodul erlauben, ist die Anordnung eines zusätzlichen zweiten intrafokalen Messmittels vor der Austrittsapertur 17 eine sinnvolle Option, um Dejustierungen der eigentlichen (ersten) Messeinrichtung 2 zu erkennen und zusätzliche Information über Winkel des konvergierenden Strahlenbündels 15 zur optischen Achse 13 zu gewinnen und somit insgesamt die Genauigkeit des Mess- und Justierverfahrens zu erhöhen.
In einer alternativen vorteilhaften Ausführung wird das kartesische Koordinatensystem 26 mit einer vorab festgelegten Position des Koordinatenursprungs innerhalb der starr fixierten Kamera 23 definiert.
Eine weitere alternative Ausführungsform sieht vor, lediglich einen lumineszierenden Schirm 21 in das Strahlenbündel 15 einzuschieben, wobei eine starr fixierte Kamera 23 schräg auf den Schirm 21 gerichtet ist und unter Berücksichtigung der Scheimpflug-Bedingung (mit schräg ausgerichteter Sensorebene gegenüber dem Kameraobjektiv) die Schrägstellung des Schirms 21 (und damit die perspektivische Bildverzerrung) kompensiert und das vom Schirm 21 ausgesendete Licht ortsaufgelöst aufnimmt.
Um den Ursprung des Koordinatensystems 26 wird eine Anzahl N von konzentrischen Kreisringen 25 definiert. Die Dicke der Kreisringe 25, ausgedrückt als Differenz zwischen dem äußeren und dem inneren Radius eines jeden Kreisringes 14, ist dabei entweder für alle Kreisringe 25 gleich oder aber an die von den einzelnen Kollektorschalen 142 übertragenen ringförmigen Strahlungsanteilen angepasst. Die Kreisringe 25 grenzen in radialer Richtung unmittelbar aneinander an. Sie können aber auch Lücken aufweisen oder, falls sequentiell gemessen wird, auch Überlappungen aufweisen.
Die Kreisringe 25 werden mindestens durch entlang der Koordinatenachsen 261 und 262 verlaufende Trennungen unterteilt und bilden dadurch je Kreisring 25 wenigstens vier Kreisringsektoren 251 mit gleichen Sektorausrichtungen über alle Kreisringe 25. Es können weitere Unterteilungen in gleichgroße Kreisringsegmente 251 vorgenommen werden, vorzugsweise acht oder sechzehn, wodurch die Teilungen entlang der Koordinatenachsen 261 und 262 beibehalten werden. Dabei können innere Kreisringe 25 weniger Teilungen als äußere Kreisringe 25 aufweisen, um eine Angleichung der Flächeninhalte der Kreisringsektoren 251 zu erreichen. In 2 ist eine solche Ausführung im rechten oberen Quadranten angegeben, indem die äußeren drei Kreisringe 25 pro Quadrant nochmals unterteilt (1/8 des Kreisrings 25) sind und die inneren als 1/4-Kreisringsektoren 251 ausgebildet sind. Bei mehrfacher Unterteilung der Kreisringe 25 pro Quadrant, können – zumindest in den äußeren Kreisringen 25 – auch Vierfachteilungen, d. h. 1/16-Kreisringsektoren (nicht gezeichnet), sinnvoll sein, um Asymmetrien oder ungleiche Intensitätsverläufe im Randbereich des konvergierenden Strahlenbündels 15 zu erfassen.
Diese Ausführung bzw. Zusammenschaltung von Sensorelementen in der Bildebene 231 der Kamera 23, wie sie vorstehend für die intrafokale Messeinrichtung 2 im konvergierenden Strahlenbündel 15 beschrieben ist, kann in analoger Weise auch im extrafokalen divergierenden Strahlenbündel 18 für einen Fernfeldsensor 27 verwendet werden, der zumindest für eine erste oder Standard-Kalibrierung der Strahlungsquelleneinheit 1 Anwendung findet.
Jedem Kreisringsektor 251 werden die von ihm erfassten Intensitätswerte zugeordnet. Die jeweils zugeordneten Intensitätswerte werden über den betreffenden Kreisringsektor 251 aufsummiert und als Teilintensitäten I_ijk des jeweiligen Kreisringsektors 251 gespeichert. Die Teilintensitäten I_ijk für die Kreisringsektoren 251 werden durch die Angabe I_ijk hinsichtlich ihrer Lage relativ zu den Koordinatenachsen 261, 262 (x- und y-Koordinatenachse) eindeutig gekennzeichnet. Dabei ist der Index i ein Laufindex, der von 1 bis zur Anzahl N der vorhandenen Kreisringe 25 läuft und von innen radial nach außen steigt. Der Index j gibt die vertikale Lage des betreffenden Kreisringsektors 251 relativ zur horizontal verlaufenden Koordinatenachse 261 (x-Koordinatenachse) an, wobei j die Werte 1 (Lage oberhalb der Koordinatenachse 261) oder 2 (unterhalb) einnehmen kann. Analog zu dem Index j gibt der Index k die horizontale Lage des Kreisringsektors 251 relativ zur vertikal verlaufenden Koordinatenachse 262 (y-Koordinatenachse) mit 1 = linke; 2 = rechte Kreisringsektoren 251) an. Die Angabe I₃₁₂ bezeichnet in diesem Beispiel (mit vier quadrantenbezogenen Kreisringsektoren) die Teilintensität eines rechten oberen Kreisringsektors 251 (im ersten Quadranten des Koordinatensystems 26) eines dritten Kreisringes 25.
Die Indizes können natürlich auch sinngemäß abgewandelt und mit anderen Zahlenwerten verwendet werden, insbesondere wenn die Kreisringe in acht oder gar sechzehn Sektoren geteilt sind.
Die insgesamt durch die Messeinrichtung 2 erfasste Gesamtintensität I_total kann als die Summe aller Teilintensitäten I_ijk nach der allgemeinen Formel
berechnet werden.
Zur Feststellung und Bewertung von asymmetrischen Intensitätsverteilungen bezüglich einer der Koordinatenachsen 261, 262 werden die Teilintensitäten I_ijk der auf der einen Seite jeder Koordinatenachse 261, 262 liegenden Kreisringsektoren 251 mit den Teilintensitäten I_ijk der auf der anderen Seite (d. h. in Spiegellage zu) der Koordinatenachse 261, 262 liegenden Kreisringsektoren 251 verglichen Außerdem können auch Teilintensitäten I_ijk der in Zentralsymmetrie zur Koordinatenachse 263 (z-Achse) liegenden Kreisringsektoren 251 miteinander ins Verhältnis gesetzt werden. Zudem wird jeder so berechnete Asymmetrieindex auf die insgesamt erfasste Gesamtintensität I_total normiert. Bezüglich der x-Koordinatenachse 261 wird der Asymmetrieindex ASYx wie folgt definiert:
wobei a_i = 1 oder –1 ist, abhängig vom Typ der Spiegelkombinationen jedes Bereiches der Kollektoroptik 14.
Für die y-Koordinatenachse gilt entsprechend:
wobei b_i = 1 oder –1 ist, abhängig vom Typ der Spiegelkombinationen jedes Bereiches der Kollektoroptik 14.
Eine Asymmetrie der Intensitätswerte um die z-Koordinatenachse 263 kann derart erfolgen, dass die Teilintensitäten I_ijk der nahe der z-Koordinatenachse 263 liegenden (inneren) Kreisringe 14 mit den Teilintensitäten I_ijk der entfernt der z-Koordinatenachse 263 liegenden (äußeren) Kreisringen 14 verglichen werden. Dazu wird die Formel
benutzt, wobei c_i = 1 oder –1 ist, abhängig vom Typ der Spiegelkombinationen jedes Bereiches der Kollektoroptik 14.
Ist N eine gerade Zahl, z. B. N = 4, so werden die Teilintensitäten I_ijk des – gezählt von der z-Koordinatenachse 263 beginnend – ersten und zweiten Kreisringes 25 mit den Teilintensitäten I_ijk des dritten und des vierten Kreisringes 25 miteinander verglichen. Ist N eine ungerade Zahl,
Liegen bezüglich der jeweiligen Koordinatenachsen 261 und 262 keine Asymmetrien in der Verteilung der erfassten Intensitätswerte vor, so weisen die Asymmetrieindizes im Idealfall einen Wert von Null auf. Praktisch wird ein von Null abweichender Toleranzbetrag (Schwellwert) zugelassen, bis zu dessen Erreichung keine Korrekturen der Kollektoroptik 14 veranlasst werden. Falls wegen zu großer Abweichungen bereits Korrektureinstellungen vorgenommen wurden, wird bei Erreichen des Toleranzwertes die Nachstellung abgebrochen (sog. Abbruchkriterium).
Die oben angegebenen Formeln (1) bis (4) können auch anders ausgestaltet sein. Sie können außerdem Korrekturfunktionen beinhalten, durch die dem Umstand Rechnung getragen wird, dass sich die Teilintensität I_ijk eines weiter von dem Ursprung des kartesischen Koordinatensystems 26 entfernt liegenden Kreisringsektors 251 aus mehr Einzelwerten zusammensetzt als die Teilintensität I_ijk eines näher am Koordinatenursprung liegenden Kreisringsektors 251.
In 3 ist das Ergebnis der Asymmetriefaktoren ASY_X und ASX_Y über den Abweichungen X bzw. Y der Strahlungsquelle 11 von der Position der (idealen) optischen Achse 13 dargestellt. Die gestrichelten Linien sind die ASY_X(dX)-Abhängigkeiten und die Strich-Punkt-Linien entsprechen den ASX_Y(dY)-Abhängigkeiten. Die Abhängigkeiten für die Strahlungsquelle 11 mit 13,5 nm Emissionswellenlänge (erzeugt z. B. durch ein z-Pinch-Plasma) sind durch enger gestaltetes Linienmuster dargestellt, während die Abhängigkeiten für eine Strahlungsquelle mit 670 nm (LED-Strahlungsquelle) weit gedehnte Linienmuster (gleichen Typs) aufweisen.
Vor der eigentlichen Anwendung des Verfahrens in einer Anlage wird anhand von empirischen Untersuchungen der mathematische Zusammenhang zwischen den als Messgrößen ermittelten Asymmetrieindizes ASY_x und AS_y und der Abweichung der Strahlungsquelle 11 von der optischen Achse 13 festgestellt und als Zuordnungsvorschrift abgespeichert. Dazu kann die oben genannte extrafokale Anordnung eines Fernfeldsensors 27 verwendet werden.
Strahlungsquelle 11 und Kollektoroptik 14 werden so zueinander ausgerichtet, dass die durch den Fernfeldsensor 27 erfassten Eigenschaften des divergenten Strahlenbündels 18 im extrafokalen Bereich den gewünschten Eigenschaften entsprechen. Dabei sind definierte Abweichungen zwischen Soll- und Ist-Zustand erlaubt.
Nach einer kontrollierten Verschiebung der Strahlungsquelle 11 um einen bestimmten Betrag und in einer bestimmten Richtung von der optischen Achse 13 weg wird die durch die Verschiebung verursachte Veränderung der Messgrößen festgestellt. Um diese Veränderungen auszugleichen, wird die Kollektoroptik 14 über die Stelleinrichtungen 4 angesteuert. Die für einen Ausgleich einer bestimmten Verschiebung notwendigen Stellgrößen werden ermittelt und gespeichert. Aus der Beziehung der Messgrößen und der für einen Ausgleich der durch die Messgrößen angezeigten Verschiebung erforderlichen Stellgrößen wird eine Zuordnungsvorschrift zwischen Mess- und Stellgrößen unter Anwendung allgemein bekannter mathematischer Verfahren, wie linearer oder nichtlinearer Regression, gegebenenfalls unter Berechnung der zugehörigen Vertrauensbereiche, abgeleitet und gespeichert.
In die Zuordnungsvorschrift kann auch der Asymmetrieindex ASY_z eingehen. Die ASY-Index Z wird zur Erreichung der Sollwerte des Strahldurchmessers (innen und außen) sowie der Optiktransmission kontrolliert. Hierfür gibt es eine Korrelation zwischen Optiktransmission und der Position in Z.
Die Zuordnungsvorschrift ist für verschiedene Ausgestaltungen der Vorrichtung und der gewünschten Eigenschaften des Strahlenbündels 18 im extrafokalen Bereich jeweils neu zu ermitteln und zu speichern, um mit ausschließlichen Messungen der Messeinrichtung 2 im intrafokalen Bereich des konvergierenden Strahlenbündels 15 die zutreffenden Korrekturen der Nachstellung der Kollektoroptik 14 vornehmen zu können.
Während des Betriebes der Strahlungsquelleneinheit 1 kann mit dem vorgeschlagenen Verfahren die korrekte Ausrichtung des extrafokalen Strahlenbündels 18 entlang der optischen Achse 13 kontrolliert und bei Bedarf korrigiert werden. Während der Dauer Messungen mit der Messeinrichtung 2 steht nach der Austrittsapertur 17 keine oder keine verwertbare Strahlung zur Verfügung, d. h. die Kontrollmessungen am konvergierenden Strahlenbündel 15 zur Korrektur des Strahlenbündels 18 werden ausschließlich in Belichtungspausen der Anwendungseinheit 5 durchgeführt.
Für die Messung wird die Messeinrichtung 2 in die Messebene 152 mittels des Antriebs 24 eingeschoben oder eingeschwenkt und die Intensitätsverteilung innerhalb des Querschnitts des konvergierenden Strahlenbündels 15 (intrafokal) erfasst. Nach Zuordnung der einzelnen Intensitätswerte (Teilintensitäten I_ijk) zu den Kreisringsektoren 251 werden die Asymmetrieindizes ASY berechnet und in einem Speicher 31 der Steuereinheit 3 abgelegt.
Die ermittelten und abgespeicherten Messgrößen werden unter Verwendung der ebenfalls abgespeicherten Zuordnungsvorschrift in Stellgrößen übersetzt und die Stelleinrichtungen 4 der Kollektoroptik 14 von der Steuereinheit 3 entsprechend angesteuert.
Nach erfolgter Einstellung (Nachstellung bzw. Zustellung) der Stelleinrichtungen 4 werden erneut die Messwerte (Teilintensitäten I_ijk) zu den Kreisringsektoren 251 und die Asymmetrieindizes ASY ermittelt und festgestellt, ob diese um mehr als ein erlaubter Toleranzbetrag von Null abweichen. Wird die erlaubte Toleranz eingehalten, ist der Mess- und Korrekturvorgang beendet. Wird der Toleranzbetrag überschritten, erfolgt eine Zustellung der Stelleinrichtungen 4 der Kollektoroptik 14, unter Verwendung der zuletzt ermittelten Messgrößen (Asymmetrieindizes ASY).
Es ist möglich, nach erfolgreicher Korrektur der Kollektoroptik 14 die Messungen zu wiederholen, dabei aber die zu definierenden Koordinatenachsen 261, 262 um einen bestimmten Winkel, z. B. 45°, um die optische Achse 13 (die als z-Koordinatenachse 263 beibehalten wird) zu drehen. Dadurch können solche Abweichungen von erwünschten Intensitätsverteilungen gefunden werden, die in einer ersten Lage der Koordinatenachsen 261, 262 symmetrisch zu diesen ausgebildet waren und deshalb die Toleranzbeträge Asymmetrieindizes erfüllt haben; diese Vorgaben bezüglich eines gedrehten Koordinatensystems jedoch nicht mehr erfüllen. Dies kann beispielsweise bei einem ovalen Querschnitt des konvergierenden Strahlebündels 15 der Fall sein. Derselbe Mess- und Korrekturerfolg kann aber auch bei gleichbleibender Lage der Koordinatenachsen 261, 262 erreicht werden, wenn die Kreisringe 25 in acht oder mehr Kreisringsektoren 251 unterteilt sind, sodass Vergleiche zwischen kleineren Ausschnitten im Querschnitt des konvergierenden Strahlenbündels 15 eine größere Anzahl von örtlich höher auflösenden Messgrößen ergeben.
Mit dem vorgeschlagenen Verfahren und der zugehörigen Vorrichtung ist es möglich, die tatsächlichen Eigenschaften eines aus einem Plasma 11 erzeugten Bündels hochenergetischer Strahlung durch intrafokale Messungen innerhalb der Strahlungsquelleneinheit 1 zu kontrollieren und erforderlichenfalls zu korrigieren, ohne dass die Strahlungsquelleneinheit 1 von der komplexen Anordnung weiterer technischer Komponenten einer Anwendungseinheit 5 getrennt werden muss. Durch die vorgeschlagene Lösung wird eine sehr effiziente und qualitativ gleichbleibende Bereitstellung von aus einem Plasma 11 emittierter hochenergetischer Strahlung in einem extrafokalen Strahlenbündel 18 mit definierten Eigenschaften gewährleistet.
Verfahren und Vorrichtungen gemäß der Erfindung können in analoger Weise in allen Bereichen Verwendung finden, in denen hochenergetische Strahlung mit definierten Strahleigenschaften mit gleichbleibender Qualität zur Verfügung gestellt werden muss, wie dies beispielsweise für die EUV-Lithographie, das Laserschweißen und Laserschneiden o. Ä., erforderlich ist.
Bezugszeichenliste

1: Strahlungsquelleneinheit
11: Strahlungsquelle (Plasma)
12: emittiertes Strahlenbündel
13: optische Achse
14: Kollektoroptik
141: Längsachse
142: Schalen
15: konvergierendes Strahlenbündel (intrafokal)
151: Symmetrieachse (des konvergierenden Strahlenbündels)
152: Messebene
16: Fokus
17: Austrittsapertur
18: divergierendes Bündel (extrafokal)
2: Messeinrichtung
21: Schirm
22: Spiegel
23: Kamera
24: Antrieb
25: Kreisring (Empfängerbereich)
251: (Kreisring-)Sektor
26: Koordinatensystem (kartesisch)
261–263: Koordinatenachse
27: Fernfeldsensor
3: Steuereinheit
31: Speicher
4: Stelleinrichtungen
5: Anwendungseinheit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 6894298 B2 [0055]
US 6882704 B2 [0055]
US 7599470 B2 [0055]
US 6894285 B2 [0055]
US 6829261 B2 [0055]
US 6865212 B2 [0055]
US 6914920 B2 [0055]

Claims

Verfahren zur Erfassung und Einstellung von Eigenschaften eines Strahlenbündels hochenergetischer Strahlung, bei dem aus einem Plasma emittierte Strahlung mittels einer Kollektoroptik als konvergierendes Strahlenbündel entlang einer optischen Achse in einen Fokus gerichtet wird und nach einer dem Fokus zugeordneten Austrittsapertur entlang der optischen Achse in einer Fernfeldebene als symmetrisches und homogenes Strahlenbündel vorliegen soll, gekennzeichnet durch folgende Schritte: – Erfassen einer Intensitätsverteilung der Strahlung über den Querschnitt des konvergierenden Strahlenbündels (15) in einer Messebene (152) senkrecht zur optischen Achse (13) vor der Austrittsapertur (17), – Aufnehmen von Intensitätswerten für eine Anzahl von mit unterschiedlichen Radien konzentrisch zur optischen Achse (13) ausgerichteten Empfangsbereichen (25) einer Messeinrichtung (2), – Zuordnen der Empfangsbereiche (25) zu einem Koordinatensystem (26), das so festgelegt wird, dass dessen Koordinatenursprung von der optischen Achse (13) durchstoßen wird und mittels der Koordinatenachsen (261, 262) für die Messebene (152) Sektoren (251) definiert werden, – Vergleichen der Intensitätswerte von jeweils zwei verschiedenen Empfangsbereichen (25), die in der Messebene (152) für unterschiedliche Messpositionen bezüglich des Koordinatensystems (26) ausgewählt werden, – Erzeugen von Messgrößen, die auf einer Mehrzahl von Intensitätswert-Vergleichen bezüglich des in der Messebene (152) definierten Koordinatensystems (26) basieren, – Konvertieren der Messgrößen in Stellgrößen für Stelleinrichtungen (4) der Kollektoroptik (14) und – Ausrichten der Kollektoroptik (14) anhand der ermittelten Stellgrößen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Messungen und Vergleiche von Intensitätswerten, Ermittlungen von Messgrößen und Stellgrößen sowie deren Anwendung zur Ausrichtung der Kollektoroptik (14) so lange wiederholt werden, bis die Messgrößen um weniger als eine gewählte Toleranzvorgabe von einem Zielwert abweichen, sodass die Intensitätsverteilung des konvergierenden Strahlenbündels (15) gegenüber der optischen Achse (13) weitgehend symmetrisch und über den Querschnitt homogen ausgerichtet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aus den konzentrisch zur optischen Achse (13) ausgerichteten Empfangsbereichen (25) oder Gruppen von Empfangsbereichen (25) erfassten Intensitätswerte miteinander verglichen werden, um die Intensitätsverteilung bezüglich des Abstandes von der optischen Achse (13) als Messgröße darzustellen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass von den konzentrisch zur optischen Achse (13) ausgerichteten Empfangsbereichen (25) jeweils Intensitätswerte aus Sektoren (251), die bezüglich jeweils einer Koordinatenachse (261, 262) des Koordinatensystems (26) flächengleich und zueinander spiegelsymmetrisch liegen, miteinander verglichen und daraus Asymmetriefaktoren auf Basis von Summen der bezüglich der jeweiligen Koordinatenachse (261, 262) verglichenen Intensitätswerte als Messgrößen berechnet werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Koordinatensystem (26) nach erfolgter erster Berechnung von Messgrößen durch Vergleich von Intensitätswerten aus spiegelsymmetrisch definierten Sektoren (251) von konzentrischen Empfangsbereichen (25) um einen bestimmten Winkel um die optische Achse (13) gedreht und eine zweite Berechnung von Messgrößen durch Vergleich von Intensitätswerten aus spiegelsymmetrisch definierten Sektoren (251) unter den so veränderten Achslagen durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Koordinatensystem ein kartesisches Koordinatensystem (26) gewählt wird, dessen erste und zweite Koordinatenachsen (261, 262) orthogonal zueinander in der Messebene (152) gewählt werden und deren dritte Koordinatenachse (263) stets entlang der optischen Achse (13) ausgerichtet ist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsbereiche als Kreisringe (25) bezüglich Anzahl und Radien so gewählt werden, dass in diesen jeweils nur von bestimmten Strukturen (142) der Kollektoroptik (14) reflektierte Strahlung als separate Intensitätswerte erfasst werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Intensitätswerte in als Kreisringe (25) ausgebildeten Empfangsbereichen jeweils in Kreisringsektoren, die durch Koordinatenachsen (261, 262) eines kartesischen Koordinatensystems (26) (251) unterteilt sind, erfasst werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Messgrößen in Form von Asymmetriefaktoren, basierend auf Summen von verglichenen Intensitätswerten spiegelsymmetrisch definierter Sektoren (251) von Kreisringen (25), berechnet werden und die Ausrichtung der Kollektoroptik (14) dann beendet wird, wenn die Asymmetriefaktoren bezüglich jeder in der Messebene (152) betrachteten Koordinatenachse (261, 262) kleiner als ein vorgegebener, vom Zielwert Null abweichender Toleranzwert sind.
Vorrichtung zur Erfassung und Einstellung von Eigenschaften eines Strahlenbündels hochenergetischer Strahlung, bei der aus einem Plasma divergent emittierte Strahlung innerhalb einer Strahlungsquelleneinheit entlang einer optischen Achse mittels einer Kollektoroptik als konvergierendes Strahlenbündel in einem Fokus gebündelt und nach einer dem Fokus zugeordneten Austrittsapertur der Strahlungsquelleneinheit in eine Anwendungseinheit eingekoppelt ist, wobei nach dem Fokus entlang der optischen Achse in einer Fernfeldebene definierte Eigenschaften bezüglich Symmetrie und Homogenität des Strahlenbündel gefordert sind, dadurch gekennzeichnet, dass – eine Messebene (152) zum Erfassen einer Intensitätsverteilung der Strahlung senkrecht zur optischen Achse (13) im konvergierenden Strahlenbündel (15) innerhalb der Strahlungsquelleneinheit (1) vor der Austrittsapertur (17) eingerichtet ist, – eine Messeinrichtung (2) zur ortsaufgelösten Aufnahme der Intensitätsverteilung der Strahlung mit einer Anzahl von mit unterschiedlichen Radien konzentrisch zur optischen Achse (13) angeordneten Empfangsbereichen (25) vorhanden ist, die mindestens ein bewegliches Teil (21; 22) aufweist, wodurch die Intensitätsverteilung innerhalb der Messebene (152) im konvergierenden Strahlenbündel (15) temporär erfassbar ist, – eine Steuereinheit (3) vorhanden ist, die mit der Messeinrichtung (2) zur ortsaufgelösten Aufnahme der Intensitätsverteilung verbunden ist und Mittel zur Festlegung eines Koordinatensystems (26) für die konzentrische Anordnung der Empfangsbereiche (25) in der Messebene (152) sowie Mittel zur Erzeugung von Messgrößen, basierend auf Vergleichen von aus den Empfangsbereichen (25) erfassten Intensitätswerten untereinander, und zur Konvertierung der Messgrößen in Stellgrößen zur Ausrichtung der Kollektoroptik (14) aufweist, und – Stelleinrichtungen (4) an der Kollektoroptik (14) angebracht sind, die mit der Steuereinheit (3) verbunden sind, sodass mittels von der Steuereinheit (3) bereitgestellter Stellgrößen die Kollektoroptik (14) in allen Freiheitsgraden manipulierbar ist, sofern die jeweiligen Messgrößen von einer Zielgröße eine Abweichung aufweisen, die eine vorgegebene Toleranz überschreitet.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kollektoroptik (14) mehrere rotationssymmetrisch um eine Längsachse (141) der Kollektoroptik (14) angeordnete Schalen (142) aufweist, denen jeweils separate Empfangsbereiche (25) der Messeinrichtung (2) zugeordnet sind, sodass der jeweilige Empfangsbereich (25) in Lage und Größe für jeweils an einer Schale (142) reflektierte Strahlung angepasst ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (2) Empfangsbereiche in Form von konzentrisch lückenlos angeordneten Kreisringen (25) aufweist, die durch die Koordinatenachsen (261, 262) des Koordinatensystems (26) in mindestens vier Kreisringssektoren (251) für die Erfassung von Intensitätswerten unterteilt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (2) zur Erfassung der Intensitätswerte mindestens einen in die Messebene (152) einschiebbaren Schirm (21) sowie eine starr befestigte Kamera (23) zur ortsauflösenden Aufnahme eines zweidimensionalen Abbildes der am Schirm (21) transmittierten Intensitätsverteilung aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Schirm (21) ein lumineszierender Schirm (21) ist, der von der Strahlungsquelle (11) emittierte, von der Kollektoroptik (14) gebündelte hochenergetische Strahlung in sichtbares Licht konvertiert, und die Kamera (23) eine herkömmliche für sichtbares Licht empfindliche Kamera ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (2) eine Kamera (23) aufweist, die schräg auf den Schirm (21) in der Messebene (152) ausgerichtet und mit einer Objektiv-Sensor-Einstellung gemäß der bekannten Scheimpflug-Bedingung ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (2) einen dem Schirm (21) nachgeordneten und gemeinsam mit diesem beweglichen Umlenkspiegel (22) aufweist, der die vom Schirm (21) transmittierte Intensitätsverteilung auf die Kamera (23) umlenkt.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (2) eine Kamera (23) aufweist, die dem Schirm (21) nachgeordnet und starr mit diesem gekoppelt gemeinsam in die optische Achse (13) einschwenkbar ist