DE102011086457A1

DE102011086457A1 - Euv-abbildungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102011086457A1
Application number: DE201110086457
Authority: DE
Inventors: Rogier Verberk; Pavol Bodis; Lun-Kai Chen; Dirk Heinrich Ehm
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2011-11-16
Filing date: 2011-11-16
Publication date: 2012-12-20

Abstract

Eine EUV-Abbildungsvorrichtung (1) umfasst eine Sensoreinrichtung (20, 30) zur Erfassung von mindestens einer Messgröße, wobei die Sensoreinrichtung (20, 30) als Faser-Bragg-Gitter-Sensor ausgebildet ist. Somit kann eine EUV-Abbildungsvorrichtung bereitgestellt werden, mit welcher die Verkabelung der Sensoren in der EUV-Abbildungsvorrichtung weniger aufwändig gestaltet werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft eine EUV-Abbildungsvorrichtung, wie z.B. eine EUV-Lithographie- oder Maskenmetrologieanlage, mit einem Sensor zur Erfassung einer Messgröße.
EUV-Lithographieanlagen werden beispielsweise bei der Herstellung von integrierten Schaltungen bzw. ICs verwendet, um ein Maskenmuster in einer Maske auf einem Substrat, wie z.B. einem Siliziumwafer, abzubilden. Dabei wird beispielsweise ein von einer Beleuchtungsvorrichtung erzeugtes Lichtbündel durch die Maske auf das Substrat gerichtet. Zur Fokussierung des Lichtbündels auf dem Substrat ist dabei ein Belichtungsobjektiv vorgesehen, welches aus mehreren optischen Elementen, wie z.B. Spiegeln, besteht. Mit steigender Auflösung wachsen auch die Anforderungen an die Temperaturkontrolle, da schon geringe temperaturbedingte Abweichungen der Position der optischen Elemente zu einer Beeinträchtigung des abgebildeten Musters führen können, was zu Defekten in den hergestellten integrierten Schaltungen führen kann.
Um die Temperaturverteilung im Strahlungsraum besser zu überwachen, ist es vorteilhaft, mehrere Temperatursensoren vorzusehen. Mit solchen multiplen Sensoranordnungen kann die Temperaturverteilung im Strahlungsraum genauer erfasst, und folglich auch stabilisiert werden. Allerdings steigt mit der Anzahl von Sensoren der schaltungstechnische Aufwand erheblich. Des Weiteren erhöht die für jeden Sensor notwendige Verkabelung den Platzbedarf in der EUV-Lithographieanlage.
Außerdem stellen die für die Verkablung der Sensoren notwendigen Kabel auch eine Kontaminationsquelle dar, die die Eigenschaften der optischen Elemente beeinträchtigen können. So sind elektrische Kabel in der Regel von einer isolierenden Ummantelung umgeben, welche organische Verbindungen aufweist. Diese Isolierung ist nicht EUV-stabil, d.h. sie zersetzt sich unter dem Einfluss von EUV-Strahlung und setzt dabei organische Verbindungen, wie zum Beispiel Kohlenwasserstoffe frei. Diese organischen Verbindungen lagern sich im Betrieb nach und nach auf den Spiegeln der EUV-Lithographieanlage ab. Die Bildung einer solchen organischen Schicht ist nachteilig, da die abgeschiedenen organischen Verbindungen zu Lichtstreuung und Absorption führen, welche die Auflösung und Transmission (und damit den Durchsatz an zu belichtenden Wafern) der EUV-Lithographieanlage beeinträchtigen. Ähnliches gilt nicht nur für Temperatursensoren, sondern auch für andere Arten von Sensoren, welche in EUV-Lithographieanlagen zum Einsatz kommen, wie z.B. Beschleunigungssensoren an den Spiegeln, Dehnungssensoren, Gasdrucksensoren und dergleichen.
Die WO 2008/034582 A2 schlägt vor, die optischen Oberflächen der optischen Elemente der Lithographieanlage in Vakuumgehäusen unterzubringen, also mit anderen Worten, die optischen Elemente einzukapseln. Allerdings ist dieses Vorgehen mit zunehmender Anzahl von optischen Elementen aufwändig und teuer.
Die DE 10 2009 005 340 A1 offenbart eine EUV-Lithographieanlage, bei der die der EUV-Strahlung ausgesetzten Kabel in Teilbereichen aus einem für die EUV-Strahlung beständigem Material bestehen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine EUV-Abbildungsvorrichtung bereitzustellen, mit welcher die Verkabelung der Sensoren in der EUV-Abbildungsvorrichtung weniger aufwändig gestaltet werden kann. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine EUV-Abbildungsvorrichtung bereitzustellen, mit welcher die Kontamination der optischen Elemente aufgrund von Ausgasungen organischer Stoffe verringert werden kann.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine EUV-Abbildungsvorrichtung mit einer Sensoreinrichtung zur Erfassung von mindestens einer Messgröße, wobei die Sensoreinrichtung als Faser-Bragg-Gitter-Sensor ausgebildet ist. Faser-Bragg-Gitter-Sensoren (im Folgenden auch kurz als „FBG-Sensoren“ bezeichnet) beruhen auf dem Messprinzip, dass Änderungen in der Gitterperiode eines Faser-Bragg-Gitters in einem Lichtwellenleiter als Änderung der transmittierten oder reflektierten Lichtwelle erfasst werden. Das Faser-Bragg-Gitter ist im Kern des Lichtwellenleiters vorgesehen, so dass kein separater Messkopf nötig ist. Ferner sind als Glasfaser ausgebildete Lichtwellenleiter ausgesprochen dünn, so dass ein solcher FBG-Sensor sehr platzsparend eingerichtet werden kann. Ferner ist die vom FBG-Sensor aufgenommene Leistung ist sehr gering, so dass der Stromverbrauch gesenkt werden kann. Da die Glasfaser, in der das Faser-Bragg-Gitter vorgesehen ist, ein passives Element ist, entsteht am Messort keine Wärme, und die Ansteuer- bzw. Auswerteelektronik kann in beliebigem Abstand vom Messort angeordnet sein. Weitere Vorteile von FBG-Sensoren sind, dass sie auch unter harschen Umgebungsbedingungen (hohen Temperaturen, Vakuum) eingesetzt werden können und in Materialien eingebettet werden können.
Der Lichtwellenleiter der Sensoreinrichtung umfasst also einen Abschnitt mit einem Faser-Bragg-Gitter, welcher in einem Strahlführungsraum der EUV-Abbildungsvorrichtung angeordnet sein kann. Im Strahlführungsraum sind die Platzanforderungen besonders hoch, und der Strahlführungsraum ist in der Regel evakuiert und großen Temperaturschwankungen ausgesetzt, so dass die oben genannten Vorteile hier besonders zur Geltung kommen.
Die Oberfläche des durch den Strahlführungsraum verlaufenden Abschnitts des Lichtwellenleiters ist vorteilhafterweise frei von Kohlenwasserstoffverbindungen, und kann vorzugsweise frei von organischen Verbindungen sein, also z.B. auch frei von Sauerstoff-, Hydroxy-, Stickstoff-, Schwefel-, Phosphor-, und metallorganischen Verbindungen der organischen Chemie. Wenn die Oberfläche des Lichtwellenleiters keine Kohlenstoffverbindungen oder organischen Verbindungen enthält, ist sichergestellt, dass sich auch bei EUV-Bestrahlung keine flüchtigen Kohlenwasserstoffe bilden können, die in die Gasphase übergehen und den Kohlenwasserstoffpartialdruck erhöhen, oder sich auf den optischen Elementen der EUV-Abbildungsvorrichtung ablagern und deren Abbildungseigenschaften beeinträchtigen können. Unter „frei von Kohlenwasserstoffverbindungen“ bedeutet hierbei, dass die äußere Wandung des Lichtwellenleiters aus einem Material besteht, welches keine gesättigten oder ungesättigten Kohlenwasserstoffverbindungen, also Polymere, Kunststoff und dergleichen, aufweist.
Insbesondere kann der durch den Strahlführungsraum verlaufende Abschnitt des Lichtwellenleiters frei von einer Ummantelung sein. Unter einer „Ummantelung“ ist hierbei eine den Lichtwellenleiter umgebende Schicht zu verstehen, welcher nicht, oder nicht Wesentlich zur Ausbreitung von Licht im Lichtwellenleiter beiträgt. Ein Beispiel für eine solche Ummantelung ist eine Schutzbeschichtung aus polymerischem Material, welche zum Schutz einer Glasfaser vor mechanischen Belastungen um diese herum vorgesehen ist. Der durch den Strahlführungsraum verlaufende Abschnitt des Lichtwellenleiters kann also beispielsweise als gestrippte Glasfaser ausgebildet sein. In diesem Falle besteht der Lichtwellenleiter lediglich aus dem Kern und dem Cladding der Glasfaser, welche beide aus Quarzglas bestehen, so dass keine Gefahr der Ausgasung von Kohlenwasserstoffen aus der Glasfaser besteht.
Alternativ dazu kann der durch den Strahlführungsraum verlaufende Abschnitt des Lichtwellenleiters mit einer Ummantelung ummantelt sein, deren Oberfläche insbesondere frei von Kohlenwasserstoffverbindungen ist, und vorzugsweise frei von jeglichen organischen Verbindungen ist.
Vorzugsweise besteht die Ummantelung dabei aus einem gegen EUV-Strahlung beständigen Material. In diesem Fall muss nicht darauf geachtet werden, welche Teile der Ummantelung der EUV-Strahlung ausgesetzt werden und welche nicht. Um Material und Kosten zu sparen, ist es aber auch möglich, nur diejenigen Teile des Lichtwellenleiters mit einer EUV-beständigen Ummantelung zu versehen, welche tatsächlich der EUV-Strahlung ausgesetzt sind. Unter einem gegen EUV-Strahlung beständigem Material ist ein Material zu verstehen, welches sich bei Kontakt mit EUV-Strahlung nicht zersetzt und daher insbesondere keine kontaminierenden Stoffe ausgast.
Die Ummantelung kann aus einem metallischen Material bestehen. Somit kann sichergestellt werden, dass auch bei Bestrahlung mit hochenergetischem EUV-Licht, entlang dem Lichtwellenleiter das gleiche Potential herrscht und sich keine lokalen Ladungen ausbilden.
Die Sensoreinrichtung kann beispielsweise als Temperatur-Sensor oder als Dehnungssensor ausgebildet sein, von dem weitere physikalische Parameter wie z.B. der Druck abgeleitet werden können.
Der Kohlenwasserstoffpartialdruck im Strahlführungsraum kann beispielsweise nicht mehr als 10^–08 mbar, bevorzugt nicht mehr als 10^–09 mbar, und besonders bevorzugt nicht mehr als 10^–10 mbar für flüchtige Kohlenwasserstoffe betragen.
Es ist möglich, den Lichtwellenleiter mit mindestens zwei Faser-Bragg-Gittern zu versehen, wobei die Sensoreinrichtung zur Erfassung von mindestens zwei Messgrößen ausgebildet ist, und wobei jedem Faser-Bragg-Gitter eine der Messgrößen zugeordnet ist. Somit können mit einem einzelnen Lichtwellenleiter Messgrößen an verschiedenen Orten in der EUV-Abbildungsvorrichtung erfasst werden.
Dabei können die mindestens zwei Messgrößen dieselben physikalischen Größen an unterschiedlichen Orten innerhalb des Strahlführungsraums sein. Beispielsweise können somit mit einem einzelnen Lichtwellenleiter die Temperaturen an zwei verschiedenen Orten im Strahlführungsraum erfasst werden. Ferner können die mindestens zwei Messgrößen auch unterschiedliche physikalische Größen sein. So kann ein einzelner Lichtwellenleiter sowohl zur Erfassung der Temperatur als auch der Dehnung verwendet werden. Dabei können die mindestens zwei Faser-Bragg-Gitter an demselben optischen Element bzw. Strukturelement der EUV-Abbildungsvorrichtung angeordnet sein.
Die EUV-Abbildungsvorrichtung kann beispielsweise als EUV-Lithographieanlage ausgebildet oder als EUV-Maskenmetrologieanlage ausgebildet sein.
Weitere Ausführungsbeispiele werden Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert.
1 zeigt eine schematische Ansicht einer EUV-Lithographieanlage.
2A zeigt einen transmittierenden FBG-Sensor und 2B zeigt einen reflektierenden FBG-Sensor.
3A zeigt beispielhaft das Spektrum des in den Lichtwellenleiter des FBG-Sensors eingekoppelten Lichts, 3B zeigt beispielhaft das Spektrum des reflektierten Lichts und 3C zeigt beispielhaft das Spektrum des transmittierten Lichts.
4A zeigt eine Querschnittsansicht eines Lichtwellenleiters gemäß einer Ausgestaltung. 4B zeigt eine Querschnittsansicht eines Lichtwellenleiters gemäß einer alternativen Ausgestaltung. 4C zeigt eine Querschnittsansicht eines Lichtwellenleiters gemäß einer weiteren alternativen Ausgestaltung.
5 zeigt eine schematische Ansicht einer Multiplex-Sensoreinrichtung zur Erfassung einer Messgröße in einem Strahlführungsraum.
Falls nichts anderes angegeben ist, bezeichnen gleiche Bezugszeichen in den Figuren gleiche oder funktionsgleiche Elemente.
1 zeigt eine schematische Ansicht einer EUV-Lithographieanlage 1, welche ein Beispiel für eine EUV-Abbildungsvorrichtung ist. Die EUV-Lithographieanlage 1 umfasst drei Strahlführungsräume 2, 3 und 4, nämlich jeweils für ein Strahlformungssystem, ein Beleuchtungssystem und ein Projektionssystem. Diese Strahlführungsräume 2, 3, 4 sind als Vakuum-Gehäuse ausgestaltet, welche mit Hilfe einer nicht näher dargestellten Evakuierungsvorrichtung evakuiert werden. Die Strahlführungsräume 2, 3, 4 sind der Reihe nach in einem von einer EUV-Lichtquelle 5 ausgehenden Strahlengang angeordnet.
Die Strahlführungsräume 2, 3, 4 sind von einem nicht näher dargestellten Maschinenraum umgeben, in welchem die Antriebsvorrichtungen zum mechanischen Verfahren bzw. Einstellen der optischen Elemente vorgesehen sind. Ferner können auch elektrische Steuerungen und dergleichen in diesem Maschinenraum vorgesehen sein. Die Strahlführungsräume 2, 3, 4 werden auf einen niedrigeren Druck evakuiert als der sie umgebende Maschinenraum. Die Partialdrücke aller kontaminierenden Spezies wie z.B. Wasser, Sauerstoff und Kohlenwasserstoffe liegen in der Regel oberhalb derer im strahlführenden Raum, da eine Unterdrückung zwischen Maschinenraum und strahlführendem Raum stattfindet. Beispielsweise kann der maximale Kohlenwasserstoffpartialdruck innerhalb der Strahlführungsräume 2, 3, 4 nicht mehr als 10^–10 mbar betragen. Es sollte beachtet werden, dass als „Strahlführungsraum“ der gesamte Innenraum innerhalb der Vakuum-Gehäuse betrachtet wird, die die Spiegelelemente enthalten, also nicht lediglich der Raum, der vom EUV-Lichtkegel durchtreten wird.
Das Strahlformungssystem im Strahlführungsraum 2 behandelt das von der EUV-Lichtquelle 5 abgestrahlte Licht in Bezug auf Wellenlänge und räumliche Verteilung, und weist eine EUV-Lichtquelle 5, einen Kollimator 6 und einen Monochromator 7 auf. Als EUV-Lichtquelle 5 kann beispielsweise eine Plasmaquelle oder ein Synchrotron vorgesehen sein, welche Strahlung im EUV-Bereich (extrem ultravioletten Bereich), also z.B. im Wellenlängenbereich von 5 nm bis 20 nm aussenden. Die von der EUV-Lichtquelle 5 austretende Strahlung wird zunächst durch den Kollimator 6 gebündelt, wonach durch den Monochromator 7 die gewünschte Betriebswellenlänge herausgefiltert wird.
Das Beleuchtungssystem im Strahlführungsraum 3 weist im dargestellten Beispiel einen ersten Spiegel 9 und einen zweiten Spiegel 10 auf. Diese Spiegel 9, 10 können beispielsweise als Facettenspiegel zur Pupillenformung ausgebildet sein und leiten die EUV-Strahlung 8 auf eine Photomaske 11.
Die Photomaske 11 ist ebenfalls als reflektives optisches Element ausgebildet und kann außerhalb der Strahlführungsräume 2, 3, 4 angeordnet sein. Die Photomaske 11 weist eine Struktur auf, welche mittels des Projektionssystems 4 verkleinert auf einen Wafer 12 oder dergleichen abgebildet wird. Hierzu weist das Projektionssystem im Strahlführungsraum 4 beispielsweise einen dritten Spiegel 13 und einen vierten Spiegel 14 auf. Es sollte beachtet werden, dass die Anzahl der Spiegel der EUV-Lithographieanlage 1 nicht auf die dargestellte Anzahl beschränkt ist, und es können auch mehr oder weniger Spiegel vorgesehen sein.
Ferner weist die EUV-Lithographieanlage eine Sensoreinrichtung 20 auf. Die Sensoreinrichtung 20 umfasst eine Sende/Empfangsvorrichtung 21 sowie einen als Glasfaser ausgebildeten Lichtwellenleiter 22 mit einem Faser-Bragg-Gitter 23, und erfasst als Messgröße beispielsweise eine Temperatur im Strahlführungsraum 3.
2A zeigt eine Sensoreinrichtung 20 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. In diesem ersten Ausführungsbeispiel umfasst die Sende/Empfangsvorrichtung 21 einen Lichtsender 21.1 sowie einen Lichtempfänger 21.2. Der Lichtwellenleiter 22 erstreckt sich von dem Lichtsender 21.1, über einen Bereich innerhalb des im Strahlführungsraums 3, zum Lichtempfänger 21.2. Die Sende / Empfangsvorrichtung 21 ist vorzugsweise außerhalb der Strahlführungsräume 2, 3, 4 vorgesehen, da somit die von der Elektronik der Sende/Empfangsvorrichtung 21 ausgehende Wärme nicht die Temperatur innerhalb der Strahlführungsräume 2, 3, 4 beeinflusst. Die Grenze zwischen den Bereichen innerhalb und außerhalb des Strahlführungsraums 3 ist durch eine gestrichelte Linie angedeutet.
In einem Abschnitt des Lichtwellenleiters 22 innerhalb des Strahlführungsraums 3 ist ein Faser-Bragg-Gitter 23 vorgesehen. Dieses Faser-Bragg-Gitter 23 stellt einen in den Lichtwellenleiter 22 eingeschriebenen optischen Interferenzfilter dar. Genauer gesagt, sind in diesem Faser-Bragg-Gitter 23 im Faserkern des Lichtwellenleiters 22 aufeinanderfolgende Abschnitte der Länge λ/2 vorgesehen, deren Brechungsindex sich unterscheidet. Aufgrund dieser periodischen Modulation des Brechungsindexes wird Licht einer bestimmten Wellenlänge, welches das Faser-Bragg-Gitter 23 durchläuft, zurückreflektiert. Das Faser-Bragg-Gitter 23 wirkt als Bandsperre. Die Mittenwellenlänge λ_B des reflektierten Lichts ergibt sich aus der Bragg-Bedingung:
Hierbei sind n₁ und n₂ die effektiven Brechungsindizes der sich abwechselnden Bereiche unterschiedlicher Brechzahlen im Faserkern, und Λ ist die Gitterperiode. Die spektrale Breite des Bandes ist abhängig von der Länge des Faser-Bragg-Gitters 23 sowie der Größe der Brechzahländerung der sich abwechselnden Brechzahlbereiche.
Dies ist in 3 verdeutlicht, welches die Spektra von in das Faser-Bragg-Gitter 23 eingespeistem, reflektiertem und transmittiertem Licht zeigt. 3A zeigt dabei das Wellenlängenspektrum des vom Lichtsender 21.1 in den Lichtwellenleiter 22 eingespeisten Lichts. Wie aus 3A ersichtlich ist, ist dieses Wellenlängenspektrum relativ breitbandig.
3B zeigt das Wellenlängenspektrum des reflektierten Lichts. Wie in 3B dargestellt wird Licht mit einem Hauptmaximum der Wellenlänge λ_B2 sowie mit zwei Nebenmaxima der Wellenlängen λ_B1 und λ_B3 reflektiert. Die Nebenmaxima entstehen, weil im Lichtwellenleiter mehrere Moden geführt werden, welche ebenfalls die Bragg-Bedingung nach Gleichung (1) erfüllen, wobei die effektiven Brechungsindizes für die jeweiligen Moden nicht identisch sind.
3C zeigt das Wellenlängenspektrum des transmittierten Lichts. Dieses Spektrum entspricht der Differenz zwischen den Spektren in den 3A und 3B, also dem eingespeisten Wellenlängenspektrum, aus welchem das reflektierte Spektrum herausgefiltert ist.
Die Brechungsindizes n₁ und n₂ sind temperaturabhängig. Folglich enthalten sowohl das reflektierte Spektrum (3B) als auch das transmittierte Spektrum (3C) eine Information über die Temperatur, welcher das Faser-Bragg-Gitter 23 ausgesetzt ist. Genauer gesagt verschieben sich bei einer Temperaturänderung die Wellenlängen der Maxima λ_B1, λ_B2 und λ_B3. Durch eine Analyse des Wellenlängenspektrums kann somit auf die Temperatur am Faser-Bragg-Gitter 23 geschlossen werden. Hierzu wird in der in 2A dargestellten Ausführungsform der Lichtwellenleiter 22 wieder aus dem Strahlführungsraum 3 herausgeführt, und mit dem Lichtempfänger 21.2 verbunden. Der Lichtempfänger 21.2, welcher aus einer Photodiode oder dergleichen besteht, empfängt das transmittierte Licht und wandelt es in ein elektrisches Signal um. Dieses elektrische Signal wird einer nicht näher dargestellten Auswerteeinrichtung zugeführt, welche das elektronische Signal auswertet und ein elektrisches Sensorsignal erzeugt, welches eine Information über die Temperatur am Faser-Bragg-Gitter 23 enthält, also beispielsweise ein Signal, welches die Temperatur am Faser-Bragg-Gitter 23 repräsentiert.
In einer alternativen Ausgestaltung kann auch das am Faser-Bragg-Gitter 23 reflektierte Licht für die Temperaturerfassung verwendet werden. 2B zeigt eine Sensoreinrichtung 20 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Auch in diesem zweiten Ausführungsbeispiel umfasst die Sende/Empfangsvorrichtung 21 einen Lichtsender 21.1 sowie einen Lichtempfänger 21.2. Der Lichtwellenleiter 22 erstreckt sich von dem Lichtsender 21.1, bis zu einem Bereich innerhalb des Strahlführungsraums 3, wobei das Faser-Bragg-Gitter 23 im Bereich innerhalb des Strahlführungsraums 3 vorgesehen ist. Zwischen dem Lichtsender 21.1 und dem Faser-Bragg-Gitter 23 ist ein optischer Zirkulator 24 vorgesehen. Der optische Zirkulator 24 ist als passives Bauelement mit drei Ports ausgebildet, und leitet Licht von einem ersten Abschnitt 22.1 des Lichtwellenleiters 22 zwischen dem Lichtsender 21.1 und dem Zirkulator 24 zu einem zweiten Abschnitt 22.2 des Lichtwellenleiters 22, in welchem das Faser-Bragg-Gitter 23 vorgesehen ist, und leitet das am Faser-Bragg-Gitter 23 reflektierte Licht vom zweiten Abschnitt 22.2 des Lichtwellenleiters 22 zu einem dritten Abschnitt 22.3 des Lichtwellenleiters 22. Der dritte Abschnitt 22.3 des Lichtwellenleiters 22 ist mit dem Lichtempfänger 21.2 verbunden. Der dritte Abschnitt 22.3 des Lichtwellenleiters 22 kann so ausgebildet sein, dass an seinem freien Ende keine Reflexionen auftreten.
Die in 2B dargestellte Sensoreinrichtung 20 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von der in 2A dargestellten Sensoreinrichtung 20 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass der Lichtempfänger 21.2 das am Faser-Bragg-Gitter 23 reflektierte Licht (vgl. 3B) erfasst und die Sensorgröße anhand dieses reflektierten Lichts ermittelt wird.
Die oben beschriebene Sensoreinrichtung 20 wurde beispielhaft für einen Temperatursensor beschrieben. Allerdings ist es ebenso möglich, die Sensoreinrichtung 20 als Dehnungssensor auszubilden. Dazu kann der Abschnitt des Lichtwellenleiters 22 mit dem Faser-Bragg-Gitter 23 auf einem Strukturelement fixiert sein, z.B. einem der optischen Elemente oder einem Rahmenelement an welchem ein optisches Element befestigt ist. Dehnt sich dieses Strukturelement aus, dann wird der Lichtwellenleiter 22 gestreckt und die Periode des Faser-Bragg-Gitters 23 ändert sich. Somit ändern sich auch die Wellenlängen, die die Bragg-Bedingung (Gleichung (1)) erfüllen, so dass durch Auswertung des transmittierten oder reflektierten Lichtsignals auf die Dehnung des Strukturelements geschlossen werden kann. Auch andere Sensorprinzipien sind möglich. So ist es prinzipiell möglich, mit der Sensoreinrichtung jegliche Messgröße zu erfassen, deren Änderung sich auf die Gitterperiode des Fiber-Bragg-Gitters auswirkt. Es ist also auch möglich, die Sensoreinrichtung als Beschleunigungssensor, Drucksensor oder dergleichen auszubilden.
Durch das Vorsehen einer Sensoreinrichtung 20 mit einem Faser-Bragg-Gitter 23 im Strahlführungsraum werden verschiedene Vorteile erzielt. So weist die Sensoreinrichtung 20 lediglich passive optische Elemente auf, so dass im Unterschied zu einer Sensoreinrichtung, bei welcher die Messgröße in ein elektrisches Signal umgewandelt und aus dem Strahlführungsraum herausgeführt wird, keine Wärme und auch keine elektromagnetische Strahlung erzeugt wird, welche den Lithographievorgang negativ beeinträchtigen könnten. Ferner ist das hier verwendete Sensorprinzip auch immun gegenüber elektromagnetischer Interferenz, was eine genauere Messung ermöglicht. Weiterhin kann die Sensoreinrichtung 20 auch unter extremen Bedingungen, also unter extremen Temperaturen, im Vakuum und dergl. verwendet werden.
Ein weiterer Vorteil ist, dass der durch den Strahlführungsraum 3 geführte Abschnitt der Sensorvorrichtung 20 sehr klein und leicht ist. Genauer gesagt ist durch den Strahlführungsraum 3 lediglich der Lichtwellenleiter 22 geführt, und es ist kein separater Messkopf vorgesehen. Stattdessen dient das Faser-Bragg-Gitter 23 als Messstrecke. Auch ist der Lichtwellenleiter 22 dünner als die Verkabelung eines typischen Temperatursensors. Folglich ist eine platzsparende Anordnung innerhalb des Strahlführungsraums möglich. Aufgrund der geringen Dicke des Lichtwellenleiters 22 ist es auch möglich, den Lichtwellenleiter 22 mit dem Faser-Bragg-Gitter 23 eingebettet in einer Mehrkomponentenstruktur oder dergleichen vorzusehen. Da die nachgeschaltete Auswertevorrichtung eine Auswertung der Wellenlänge vornimmt, ist die Sensorvorrichtung 20 auch vergleichsweise robust gegenüber Variationen der gesendeten Signalamplitude.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist zumindest der durch den Strahlführungsraum verlaufende Abschnitt des Lichtwellenleiters 22 frei von einer polymerischen Ummantelung ist, und somit zumindest an seiner Oberfläche frei von Kohlenwasserstoffverbindungen oder anderen organischen Verbindungen. 4A zeigt eine Querschnittsansicht eines solchen Lichtwellenleiters 40. Dieser Lichtwellenleiter 40 weist einen Kern 41 und ein Cladding (Mantel) 42 auf. Das Cladding 42 hat einen niedrigeren Brechungsindex als der Kern 41, so dass durch Totalreflexion am Übergang zwischen Kern 41 und Cladding 42 die Führung des Lichts im Lichtwellenleiter 40 bewirkt wird. Das Faser-Bragg-Gitter 43 ist durch periodische Brechungsindexunterschiede im Kern 41 gebildet.
In der Regel weisen Lichtwellenleiter eine Ummantelung aus einer Schutzbeschichtung (engl.: coating) und/oder einer äußerem Hülle (engl.: jacket) auf. Diese Ummantelung ist aus einem polymerischen Material gefertigt und schützt den Lichtwellenleiter vor mechanischen Belastungen und vor Feuchtigkeit. Allerdings können Ausgasungen aus der polymerischen Ummantelung dazu führen, dass sich Kohlenwasserstoffverbindungen auf den optischen Elementen ablagern und zu einer Verschlechterung des Abbildungsverhaltens der EUV-Lithographieanlage führen. Der Lichtwellenleiter 40 kann hergestellt werden, indem diese polymerische Ummantelung vom Lichtwellenleiter 40 abgestrippt wird. Zwar wird somit der Schutz des Lichtwellenleiters 40 gegen mechanische Belastungen und Feuchtigkeit verringert, allerdings kann dies dadurch kompensiert werden, dass der Lichtwellenleiter 40 fixiert wird und die Atmosphäre im Strahlführungsraum kontrolliert, also insbesondere auf einer niedrigen Luftfeuchtigkeit gehalten wird. Da der Lichtwellenleiter 40 ausschließlich aus einem Glasmaterial, nämlich aus Quarzglas besteht, treten keine Ausdünstungen auf, so dass die Ablagerung von kohlenstoffhaltigem Material auf den optischen Elementen verhindert werden kann. Es ist möglich, dass der Lichtwellenleiter 40 komplett, also vom Lichtsender 21.1 bis zum Lichtempfänger 22.2 frei von einer Ummantelung ist, es ist für den oben beschriebenen Effekt jedoch ausreichend, wenn der Lichtwellenleiter zumindest im durch den Strahlführungsraum verlaufenden Abschnitt des Lichtwellenleiters oder zumindest in Abschnitten des Lichtwellenleiters, die der EUV-Strahlung ausgesetzt sind, frei von einer Ummantelung ist.
4B zeigt einen Lichtwellenleiter 50 gemäß einer alternativen Ausgestaltung. In dieser Ausgestaltung weist der Lichtwellenleiter 50, wie der Lichtwellenleiter 40, einen Kern 51 und ein Cladding 52 auf. Zusätzlich ist auf dem Cladding 52 jedoch als Ummantelung eine Metallbeschichtung 53 vorgesehen. Diese Metallbeschichtung 53 erhöht die Strahlungswiderstandsfähigkeit des Lichtwellenleiters 50. So stellt die Metallbeschichtung 53 sicher, dass entlang der gesamten Oberfläche des Lichtwellenleiters 50 dasselbe elektrische Potential vorliegt. Somit kann verhindert werden, dass eine Bestrahlung des Lichtwellenleiters 50, z.B. durch Streulicht oder dergleichen, zu lokalen Ladungen auf der Oberfläche des Lichtwellenleiters 50 führt, welche die Lichtführungseigenschaften des Lichtwellenleiters 50 beeinträchtigen. Weiterhin ist auch dieser Lichtwellenleiter 50 frei von einer Ummantelung mit polymerischem Material, so dass auch mit dem Lichtwellenleiter 50 Ausdünstungen von Kohlenwasserstoffverbindungen unterbunden werden können. Ferner trägt die Metallbeschichtung 53 auch zur mechanischen Stabilität des Lichtwellenleiters 50 bei. Die Metallbeschichtung 53 kann beispielsweise aus Aluminium, Ruthenium oder dergleichen bestehen.
4C zeigt einen Lichtwellenleiter 60 gemäß einer weiteren Ausgestaltung. Dieser Lichtwellenleiter 60 weist ebenfalls einen Kern 61 und ein Cladding 62 zur Führung des Lichts auf. Um das Cladding 62 ist als Ummantelung eine polymerische Coating-Schicht 64 vorgesehen, welche an ihrer Außenseite mit einer Metallbeschichtung 63 beschichtet ist. Aufgrund der polymerischen Coating-Schicht 64 weist dieser Lichtwellenleiter 60 eine höhere mechanische Stabilität als die Lichtwellenleiter 40 und 50 der 4A und 4B auf. Die äußere Metallbeschichtung 63 hat denselben positiven Effekt wie für den Lichtwellenleiter 50 beschrieben. Insbesondere ist auch die Oberfläche dieses Lichtwellenleiters 60 frei von einem organischen Material, und Ausdünstungen von Kohlenwasserstoffverbindungen aus der polymerischen Coating-Schicht 64 werden durch die äußere Metallbeschichtung 63 unterbunden.
Die Verwendung von FBG-Sensoren ermöglicht auch eine einfache Erfassung der Messgröße an mehreren Orten im Strahlführungsraum mittels einer Multiplex-Sensoreinrichtung. 5 zeigt einen Ausschnitt einer EUV-Lithographieanlage mit einer solchen Multiplex-Sensoreinrichtung 30 zur Erfassung einer Messgröße im Strahlführungsraum 3. Die Multiplex-Sensoreinrichtung 30 umfasst einen Lichtsender 31, einen Lichtwellenleiter 32, einen optischen Zirkulator 33, einen Polychromator 35 und einen Lichtempfänger 36. Der Lichtsender 31 speist breitbandiges Licht in den Wellenleiter 32, welches vom Zirkulator 33 in den Abschnitt des Wellenleiters 32 geleitet wird, welcher sich im Strahlführungsraum 3 befindet. Im durch den Strahlführungsraum 3 verlaufenden Abschnitt des Wellenleiters 32 sind mehrere Faser-Bragg-Gitter 34.1 bis 34.4 vorgesehen, welche jeweils unterschiedliche Gitterperioden aufweisen. Auch diese Multiplex-Sensoreinrichtung 30 ist also als FBG-Sensor ausgebildet. Die Faser-Bragg-Gitter 34.1 bis 34.4 können verteilt innerhalb des Strahlführungsraums 3 angeordnet sein, z.B. an mehreren Stellen auf einem optischen Element (z.B. auf der Rückseite eines Spiegels) oder entlang einem Strukturelement.
Das von den Faser-Bragg-Gittern 34.1 bis 34.4 reflektierte Licht wird vom optischen Zirkulator 33 zum Polychromator 35 geleitet. Der Polychromator 35 dispergiert das auf ihn auftreffende Licht in Abhängigkeit von der Wellenlänge und leitet es auf den Lichtempfänger 36. Der Lichtempfänger 36 kann beispielsweise als CCD-Array ausgebildet sein, und verschiedene Bereiche aufweisen, die jeweils einem der Faser-Bragg-Gitter 34.1 bis 34.4 zugeordnet sind. Da die Faser-Bragg-Gitter 34.1 bis 34.4 jeweils unterschiedliche Gitterperioden aufweisen, ist auch die Bragg-Bedingung an jedem Faser-Bragg-Gitter 34.1 bis 34.4 für jeweils unterschiedliche Wellenlängen erfüllt. Der Polychromator 35 analysiert das eintreffende Licht nach seiner Wellenlänge und führt die einzelnen Wellenlängenkomponenten den entsprechenden Bereichen auf dem Lichtempfänger 36 zu, welcher sie in elektrische Signale umwandelt. Die Ausgangssignale des Lichtempfängers 35 werden in der oben beschriebenen Art und Weise ausgewertet.
Mit dieser Anordnung ist es möglich, Messungen an verschiedenen Orten im Strahlführungsraum mit nur einem Lichtwellenleiter 32 vorzunehmen. Im Vergleich zu Messsystemen, die Messköpfe mit elektrischen Kabeln benötigen, wird somit eine sehr platzsparende Anordnung ermöglicht. Es ist möglich, für jedes optische Element (also z.B. für jeden Spiegel) und/oder jedes Rahmenelement der EUV-Lithographieanlage jeweils eine Sensoreinrichtung mit einem Lichtwellenleiter und mehreren Faser-Bragg-Gittern vorzusehen. Ebenso ist es jedoch auch möglich, einen Lichtwellenleiter über mehrere optische Elemente und/oder Rahmenelemente zu führen. Des Weiteren können die Faser-Bragg-Gitter in vorteilhafter Weise in der Nähe einer Öffnung vom Strahlführungsraum 3 zum diesen umgebenden Maschinenraum vorgesehen sein.
Es ist möglich, dass die verschiedenen Faser-Bragg-Gitter 34.1 bis 34.1 des Lichtwellenleiters 32 zur Erfassung derselben physikalischen Größe (z.B. Temperatur oder Dehnung) vorgesehen sind. Alternativ ist es jedoch auch möglich, mit einen Lichtwellenleiter 32 zur Erfassung verschiedener physikalischer Größen auszubilden, also z.B. als kombinierten Temperatur-Dehnungs-Sensor. Eine solche Multiparameter-Sensoreinrichtung ermöglicht eine besonders platzsparende Anordnung.
Es sollte beachtet werden, dass die oben beschriebenen Ausführungsformen lediglich beispielhaft sind und im Rahmen des Schutzumfanges der Patentansprüche in vielfältiger Weise variiert werden können.
So wurde oben eine EUV-Lithographieanlage als Beispiel für eine EUV-Abbildungsanlage erläutert. Die Erfindung lässt sich jedoch ebenso auch auf andere EUV-Abbildungsanlagen, wie z.B. EUV-Maskenmetrologieanlagen anwenden.
Ferner kann anstelle der Zirkulatoren 24 bzw. 33 auch ein anderer geeigneter faseroptischer Strahlteiler verwendet werden.
Weiterhin wurde die in 5 dargestellte Multiplex-Sensoreinrichtung 30 für den Fall erläutert, dass die verschiedenen Faser-Bragg-Gitter 34.1 bis 34.1 unterschiedliche Gitterkonstanten aufweisen. Es ist jedoch auch möglich, alle Faser-Bragg-Gitter mit derselben Gitterkonstante und die einzelnen Faser-Bragg-Gitter anhand von Laufzeitunterschieden im Signal zu unterscheiden.
Bezugszeichenliste

1: EUV-Lithographieanlage
2: Strahlformungssystem
3: Beleuchtungssystem
4: Projektionssystem
5: EUV-Lichtquelle
6: Kollimator
7: Monochromator
8: EUV-Strahlung
9: erster Spiegel
10: zweiter Spiegel
11: Photomaske
12: Wafer
13: dritter Spiegel
14: vierter Spiegel
20: Sensoreinrichtung
21: Sende/Empfangsvorrichtung
21.1: Lichtsender
21.2: Lichtempfänger
22: Lichtwellenleiter
22.1: erster Abschnitt
22.2: zweiter Abschnitt
22.3: dritter Abschnitt
23: Faser-Bragg-Gitter
24: Zirkulator
30: Multiplex-Sensoreinrichtung
31: Lichtsender
32: Lichtwellenleiter
33: Zirkulator
34.1 ... 34.4: Faser-Bragg-Grating
35: Polychromator
36: Lichtempfänger
40: Lichtwellenleiter
41: Kern
42: Cladding
50: Lichtwellenleiter
51: Kern
52: Cladding
53: Metallbeschichtung
60: Lichtwellenleiter
61: Kern
62: Cladding
63: Metallbeschichtung
64: polymerische Coating-Schicht

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

WO 2008/034582 A2 [0005]
DE 102009005340 A1 [0006]

Claims

EUV-Abbildungsvorrichtung (1), umfassend: eine Sensoreinrichtung (20, 30) zur Erfassung von mindestens einer Messgröße, wobei die Sensoreinrichtung (20, 30) als Faser-Bragg-Gitter-Sensor ausgebildet ist.
EUV-Abbildungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Sensoreinrichtung (20, 30) einen Lichtwellenleiter (22, 40, 50, 60) umfasst, der einen Abschnitt mit einem Faser-Bragg-Gitter (23) aufweist, wobei der Abschnitt mit dem Faser-Bragg-Gitter (23) in einem Strahlführungsraum (2, 3, 4) der EUV-Abbildungsvorrichtung (1) angeordnet ist.
EUV-Abbildungsvorrichtung (1) nach Anspruch 2, wobei die Oberfläche des durch den Strahlführungsraum (2, 3, 4) verlaufenden Abschnitts des Lichtwellenleiters (22, 40, 50, 60) frei von Kohlenwasserstoffverbindungen ist, und vorzugsweise frei von organischen Verbindungen ist.
EUV-Abbildungsvorrichtung (1) nach Anspruch 2 oder 3, wobei der durch den Strahlführungsraum (2, 3, 4) verlaufende Abschnitt des Lichtwellenleiters (22, 40, 50, 60) frei von einer Ummantelung ist.
EUV-Abbildungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der durch den Strahlführungsraum (2, 3, 4) verlaufende Abschnitt des Lichtwellenleiters (22, 40, 50, 60) als gestrippte Glasfaser ausgebildet ist.
EUV-Abbildungsvorrichtung (1) nach Anspruch 2 oder 3, wobei der durch den Strahlführungsraum (2, 3, 4) verlaufende Abschnitt des Lichtwellenleiters (22, 40, 50, 60) mit einer Ummantelung (53, 63) ummantelt ist, deren Oberfläche frei von Kohlenwasserstoffverbindungen ist, und vorzugsweise frei von organischen Verbindungen ist.
EUV-Abbildungsvorrichtung (1) nach Anspruch 6, wobei die Ummantelung (53, 63) aus einem gegen EUV-Strahlung beständigem Material besteht.
EUV-Abbildungsvorrichtung (1) nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Ummantelung (53, 64) aus einem metallischen Material besteht.
EUV-Abbildungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sensoreinrichtung (20, 30) als Temperatur-Sensor ausgebildet ist.
EUV-Abbildungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sensoreinrichtung (20, 30) als Dehnungssensor ausgebildet ist.
EUV-Abbildungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 9, wobei der Kohlenwasserstoffpartialdruck im Strahlführungsraum (2, 3, 4) nicht mehr als 10^–08 mbar, bevorzugt nicht mehr als 10^–09 mbar, und besonders bevorzugt nicht mehr als 10^–10 mbar beträgt.
EUV-Abbildungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 10, wobei der Lichtwellenleiter (22, 40, 50, 60) mindestens zwei Faser-Bragg-Gitter (23) aufweist, und die Sensoreinrichtung (20, 30) zur Erfassung von mindestens zwei Messgrößen ausgebildet ist, wobei jedem Faser-Bragg-Gitter (23) eine der Messgrößen zugeordnet ist.
EUV-Abbildungsvorrichtung (1) nach Anspruch 12, wobei die mindestens zwei Messgrößen dieselben physikalischen Größen an unterschiedlichen Orten innerhalb des Strahlführungsraums (2, 3, 4) sind.
EUV-Abbildungsvorrichtung (1) nach Anspruch 12, wobei die mindestens zwei Messgrößen unterschiedliche physikalische Größen sind.
EUV-Abbildungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die mindestens zwei Faser-Bragg-Gitter (23) an demselben Strukturelement der EUV-Abbildungsvorrichtung (1) angeordnet sind.
EUV-Abbildungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die EUV-Abbildungsvorrichtung (1) eine EUV-Lithographieanlage ist.
EUV-Abbildungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die EUV-Abbildungsvorrichtung (1) eine EUV-Maskenmetrologieanlage ist.