DE102012209290A1 - Optical arrangement i.e. extreme UV lithography system, has moving unit i.e. linear motor, for selectively introducing filter in beam path or for removal of spectral filter from beam path of light source - Google Patents
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Abstract
Description
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
Die Erfindung betrifft eine optische Anordnung, insbesondere eine EUV-Lithographieanlage, mit einer EUV-Plasma-Lichtquelle.The invention relates to an optical arrangement, in particular an EUV lithography system, with an EUV plasma light source.
Es ist bekannt, dass Lichtquellen für EUV-Lithographieanlagen als Plasma-Lichtquellen ausgebildet sein können. Beispielsweise bietet die Firma Cymer, Inc. eine so genannte „Laser Produced Plasma“ (LPP) EUV-Plasma-Lichtquelle an, bei der Tröpfchen aus geschmolzenem Zinn mit einem gepulsten CO2-Hochleistungslaser getroffen werden, um Strahlung zu erzeugen, die im EUV-Spektralbereich um ca. 13,5 nm eine maximale Intensität aufweist.It is known that light sources for EUV lithography systems can be designed as plasma light sources. For example, Cymer, Inc. offers a so-called "Laser Produced Plasma" (LPP) EUV plasma light source, in which molten tin droplets are struck with a pulsed CO 2 high power laser to produce radiation that is present in the EUV Spectral range by about 13.5 nm has a maximum intensity.
Eine solche EUV-Plasma-Lichtquelle erzeugt aber zusätzlich zur Strahlung im EUV-Spektralbereich, d.h. um ca. 13,5 nm herum, ein ausgedehntes, breitbandiges und quasi-kontinuierliches Strahlungs-Spektrum bei größeren Wellenlängen. Wird eine Intensitätsmessung der von der EUV-Plasma-Lichtquelle erzeugten EUV-Strahlung mittels einer Sensoreinrichtung durchgeführt, kann zumindest ein Teilbereich dieses quasi-kontinuierlichen Spektrums, der nicht an im Strahlengang vor der Sensoreinrichtung angeordneten optischen Elementen gefiltert wurde, zur gemessenen Gesamt-Intensität beitragen und so das Messergebnis der Intensitätsmessung der EUV-Strahlung verfälschen.However, such an EUV plasma light source generates in addition to the radiation in the EUV spectral range, i. around 13.5 nm, a broad, broadband and quasi-continuous radiation spectrum at longer wavelengths. If an intensity measurement of the EUV radiation generated by the EUV plasma light source is carried out by means of a sensor device, at least one subarea of this quasi-continuous spectrum, which was not filtered on optical elements arranged in the beam path in front of the sensor device, can contribute to the measured total intensity and thus falsify the measurement result of the intensity measurement of the EUV radiation.
Aufgabe der ErfindungObject of the invention
Aufgabe der Erfindung ist es, eine optische Anordnung sowie ein Verfahren bereitzustellen, welches auf einfache Weise eine spektrale Trennung der Strahlung einer Plasma-Lichtquelle ermöglicht.The object of the invention is to provide an optical arrangement and a method which enables in a simple manner a spectral separation of the radiation of a plasma light source.
Gegenstand der ErfindungSubject of the invention
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine optische Anordnung umfassend: eine EUV-Plasma-Lichtquelle, sowie einen Spektralfilter, der zur Absorption von Strahlung der EUV-Plasma-Lichtquelle in einem EUV-Spektralbereich und zur Transmission von Strahlung der EUV-Plasma-Lichtquelle in einem Transmissions-Spektralbereich mit Wellenlängen oberhalb des EUV-Spektralbereichs ausgebildet ist, sowie eine Bewegungseinrichtung zum wahlweisen Einbringen des Spektralfilters in den Strahlengang oder Entfernen des Spektralfilters aus dem Strahlengang der EUV-Plasma-Lichtquelle.This object is achieved by an optical arrangement comprising: an EUV plasma light source, as well as a spectral filter for absorbing radiation of the EUV plasma light source in an EUV spectral range and for transmitting radiation of the EUV plasma light source in a Transmission spectral range is formed with wavelengths above the EUV spectral range, and a movement device for selectively introducing the spectral filter in the beam path or removing the spectral filter from the beam path of the EUV plasma light source.
Bei in den Strahlengang eingebrachtem Spektralfilter wird eine Intensitätsverteilung der Strahlung der EUV-Plasma-Lichtquelle lediglich im Transmissions-Spektralbereich des Spektralfilters aufgenommen, wobei die Strahlung im EUV-Spektralbereich von dem Spektralfilter absorbiert wird. Durch den Vergleich der Intensitätsverteilungen, die mit und ohne den Spektralfilter gemessen werden, kann somit die Intensität der EUV-Strahlung bestimmt werden, indem der Beitrag des Strahlungsanteils innerhalb des Transmissions-Spektralbereichs berücksichtigt wird. Zu diesem Zweck kann z.B. die Intensitätsverteilung, die bei im Strahlengang angeordnetem Spektralfilter gemessen wurde, von der Intensitätsverteilung ohne den im Strahlengang angeordneten Spektralfilter subtrahiert werden. Durch die Verwendung des wahlweise in den Strahlengang einbringbaren Spektralfilters kann somit auf eine spektrale Filterung („spectral purity filter“) an der Sensoreinrichtung selbst verzichtet werden.When introduced into the beam path spectral filter, an intensity distribution of the radiation of the EUV plasma light source is recorded only in the transmission spectral range of the spectral filter, wherein the radiation is absorbed in the EUV spectral range of the spectral filter. By comparing the intensity distributions, which are measured with and without the spectral filter, the intensity of the EUV radiation can thus be determined by taking into account the contribution of the radiation component within the transmission spectral range. For this purpose, e.g. the intensity distribution, which was measured at the spectral filter arranged in the beam path, is subtracted from the intensity distribution without the spectral filter arranged in the beam path. By using the spectral filter, which can optionally be introduced into the beam path, it is thus possible to dispense with a spectral purity filter on the sensor device itself.
In einer Ausführungsform ist der Spektralfilter als Fenster aus einem Fluorid-Material, insbesondere einem Erdalkali-Fluorid-Material oder einem Alkali-Fluorid-Material ausgebildet. Solche Fenster besitzen einen Transmissions-Spektralbereich, der bei einer minimalen Wellenlänge von ca. 100 nm oder ca. 130 nm beginnt und je nach Art des gewählten Materials bei ca. 1 μm oder darüber endet. Ein solches Fenster stellt eine besonders einfache Art eines Spektralfilters dar und Absorbiert zuverlässig die Strahlung im EUV-Spektralbereich. Zwar erzeugt die EUV-Plasma-Lichtquelle auch Strahlung in einem weiteren Spektralbereich zwischen dem EUV-Spektralbereich (ca. 12 nm bis 14 nm) und dem Transmissions-Spektralbereich (oberhalb von ca. 100 nm oder 130 nm), die in diesem weiteren Spektralbereich emittierte Strahlung wird aber typischer Weise von Spiegelelementen der optischen Anordnung, z.B. einem Kollektorspiegel (Parabolspiegel oder dergleichen) oder weiteren EUV-Spiegeln ausgefiltert, so dass der Spektralfilter für diesen weiteren Spektralbereich nicht transparent bzw. transmittierend ausgebildet sein muss.In one embodiment, the spectral filter is formed as a window of a fluoride material, in particular an alkaline earth fluoride material or an alkali fluoride material. Such windows have a transmission spectral range which starts at a minimum wavelength of about 100 nm or about 130 nm and ends at about 1 μm or above, depending on the type of material selected. Such a window represents a particularly simple type of spectral filter and reliably absorbs the radiation in the EUV spectral range. Although the EUV plasma light source also generates radiation in a wider spectral range between the EUV spectral range (about 12 nm to 14 nm) and the transmission spectral range (above about 100 nm or 130 nm), in this wider spectral range However emitted radiation is typically from mirror elements of the optical arrangement, eg Filtered out a collector mirror (parabolic mirror or the like) or other EUV mirrors, so that the spectral filter for this wider spectral range must not be made transparent or transmissive.
Bei einer Ausführungsform ist das Material des Fensters ausgewählt aus der Gruppe umfassend: Calcium-Fluorid, Barium-Fluorid, Lithium-Fluorid, Magnesium-Fluorid und Strontium-Fluorid. Diese Materialien weisen allesamt einen Transmissions-Spektralbereich auf, der bei ca. 100 nm–130 nm beginnt und bei ca. 1 μm endet, wobei die exakten Grenzen des Transmissions-Spektralbereichs vom jeweils gewählten Material abhängig sind. Als besonders günstig hat sich die Verwendung von Calcium-Fluorid als Fenster-Material erwiesen, da dieses einen Transmissions-Wellenlängenbereich aufweist, der von ca. 130 nm bis deutlich über 1 μm reicht. Es versteht sich, dass neben Fluorid-Materialien auch andere Materialien zur Herstellung eines Spektralfilters in Form eines Fensters (Planplatte) verwendet werden können, sofern diese für Strahlung innerhalb der oben angegebenen Grenzen transparent sind und Strahlung im EUV-Spektralbereich absorbieren.In one embodiment, the material of the window is selected from the group comprising: calcium fluoride, barium fluoride, lithium fluoride, magnesium fluoride, and strontium fluoride. These materials all have a transmission spectral range which starts at approximately 100 nm-130 nm and ends at approximately 1 μm, the exact limits of the transmission spectral range being dependent on the particular material chosen. The use of calcium fluoride as a window material has proven to be particularly favorable since it has a transmission wavelength range which extends from approximately 130 nm to well above 1 μm. It is understood that in addition to fluoride materials, other materials can be used for the production of a spectral filter in the form of a window (plane plate), provided that they are transparent to radiation within the limits specified above and absorb radiation in the EUV spectral range.
Typischer Weise weisen die Fenster aus den oben genannten Materialien eine Dicke von 1 mm oder weniger auf. Diese Materialdicke genügt in der Regel, um die EUV-Strahlung wirksam zu absorbieren. Typically, the windows of the above materials have a thickness of 1 mm or less. This material thickness is usually sufficient to effectively absorb the EUV radiation.
Bei einer Ausführungsform ist der Spektralfilter für Strahlung in einem Transmissions-Spektralbereich zwischen 130 nm und 1 μm transparent. Wie oben beschrieben erfüllen z.B. Calciumfluorid und weitere Alkali- oder Erdalkali-Fluorid-Materialien diese Anforderungen. Oberhalb einer Wellenlänge von ca. 1 μm ist die Intensität der von der EUV-Plasma-Lichtquelle emittierten Strahlung sehr gering, so dass der Spektralfilter bzw. das Fenster für Strahlung in diesem Wellenlängenbereich nicht zwingend transparent sein muss.In one embodiment, the spectral filter is transparent to radiation in a transmission spectral range between 130 nm and 1 μm. As described above, e.g. Calcium fluoride and other alkali or alkaline earth fluoride materials meet these requirements. Above a wavelength of about 1 .mu.m, the intensity of the radiation emitted by the EUV plasma light source is very low, so that the spectral filter or the window for radiation does not necessarily have to be transparent in this wavelength range.
In einer Ausführungsform umfasst die optische Anordnung mindestens ein EUV-Spiegelelement, welches zur Reflexion der Strahlung der Plasma-Lichtquelle im EUV-Spektralbereich und zur Absorption der Strahlung der Plasma-Lichtquelle in einem Absorptions-Spektralbereich ausgebildet ist, dessen unteres Ende an den EUV-Spektralbereich anschließt und dessen oberes Ende an den Transmissions-Spektralbereich anschließt oder teilweise mit diesem überlappt. Bei dem Spiegelelement, welches Strahlung in dem Absorptions-Spektralbereich absorbiert handelt es sich in der Regel um einen EUV-Spiegel, d.h. um einen Spiegel, an dessen Oberfläche eine Mehrlagen-Beschichtung aufgebracht ist, welche für die Reflexion von EUV-Strahlung bei ca. 13,5 nm optimiert ist. Bei dem EUV-Spiegel kann es sich beispielsweise um einen Kollektorspiegel handeln, welcher dazu dient, die Strahlung der EUV-Plasma-Lichtquelle in einem Zwischenfokus zu fokussieren.In one embodiment, the optical arrangement comprises at least one EUV mirror element which is designed to reflect the radiation of the plasma light source in the EUV spectral range and to absorb the radiation of the plasma light source in an absorption spectral range whose lower end is connected to the EUV Spectral region connects and whose upper end adjoins the transmission spectral range or partially overlaps with this. The mirror element that absorbs radiation in the absorption spectral range is typically an EUV mirror, i. around a mirror, on whose surface a multilayer coating is applied, which is optimized for the reflection of EUV radiation at about 13.5 nm. The EUV mirror may, for example, be a collector mirror, which serves to focus the radiation of the EUV plasma light source in an intermediate focus.
Aber auch andere EUV-Spiegel der optischen Anordnung können neben der Umlenkung der Strahlung im EUV-Spektralbereich eine Absorption von Strahlung außerhalb des EUV-Spektralbereichs bewirken. Typische EUV-Spiegel weisen beispielsweise eine Mehrzahl von alternierenden Schichten aus Silizium und Molybdän auf, wobei die Anzahl der Schichten und die Schichtdicken so aufeinander abgestimmt sind, dass diese bei der Betriebswellenlänge von typischer Weise ca. 13,5 nm ein scharfes Intensitätsmaximum aufweisen. Allerdings wird von solchen herkömmlichen Si/Mo-Schichtstapeln Strahlung oberhalb einer bestimmten Wellenlänge, die typischer Weise im Bereich um ca. 130 nm liegt, nicht mehr absorbiert, sondern ebenfalls reflektiert.However, other EUV mirrors of the optical arrangement can cause, in addition to the deflection of the radiation in the EUV spectral range, absorption of radiation outside the EUV spectral range. Typical EUV mirrors have, for example, a plurality of alternating layers of silicon and molybdenum, the number of layers and the layer thicknesses being matched to one another such that they have a sharp intensity maximum at the operating wavelength of typically about 13.5 nm. However, of such conventional Si / Mo layer stacks, radiation above a certain wavelength, which is typically in the range of about 130 nm, is no longer absorbed but also reflected.
Aufgrund der filternden Eigenschaften der Spiegelelemente in dem Absorptions-Spektralbereich ist es nicht erforderlich, dass der Spektralfilter für den gesamten Spektralbereich oberhalb des EUV-Spektralbereichs transparent ist, d.h. die gesamte von der EUV-Plasma-Lichtquelle außerhalb des EUV-Spektralbereichs emittierte Strahlung erfasst. Es genügt vielmehr, wenn der Transmissions-Spektralbereich an den Absorptions-Spektralbereich anschließt, innerhalb dessen die Strahlung von den Spiegelelementen absorbiert wird bzw. wenn der Transmissions-Spektralbereich teilweise mit dem Absorptions-Spektralbereich überlappt.Due to the filtering properties of the mirror elements in the absorption spectral range, it is not necessary for the spectral filter to be transparent to the entire spectral range above the EUV spectral range, i. the entire radiation emitted by the EUV plasma light source outside the EUV spectral range is detected. Rather, it suffices if the transmission spectral range adjoins the absorption spectral range within which the radiation is absorbed by the mirror elements or if the transmission spectral range partially overlaps the absorption spectral range.
Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst die optische Anordnung eine Sensoreinrichtung zur (breitbandigen) Detektion der Intensität der Strahlung der Plasma-Lichtquelle, sowie eine Auswerteeinrichtung zur Bestimmung der Intensität der EUV-Strahlung durch Vergleichen der detektierten Intensität der Sensoreinrichtung mit und ohne den Spektralfilter im Strahlengang. Wie oben dargestellt wurde, kann durch Differenzbildung zwischen den Intensitätsverteilungen, die mit und ohne den Spektralfilter gemessen werden, die Intensitätsverteilung der im EUV-Spektralbereich von der EUV-Plasma-Lichtquelle emittierten Strahlung bestimmt werden.In a further embodiment, the optical arrangement comprises a sensor device for (broadband) detection of the intensity of the radiation of the plasma light source, and an evaluation device for determining the intensity of the EUV radiation by comparing the detected intensity of the sensor device with and without the spectral filter in the beam path. As has been shown above, the difference distribution between the intensity distributions measured with and without the spectral filter can be used to determine the intensity distribution of the radiation emitted in the EUV spectral range by the EUV plasma light source.
Bei einer optischen Anordnung in Form einer EUV-Lithographieanlage ist insbesondere der Anteil der nicht im EUV-Spektralbereich liegenden, ungefilterten Strahlung (sog. „Falschlicht“) im Vergleich zur EUV-Strahlung im Bereich der Wafer-Ebene von Interesse, da die nicht gefilterte Strahlung mit Wellenlängen außerhalb des EUV-Spektralbereichs die Belichtung der in der Wafer-Ebene vorgesehenen lichtempfindlichen Schicht (Resist) als strukturloser Untergrund stört und zu einem Kontrastverlust führt.In the case of an optical arrangement in the form of an EUV lithography system, the proportion of unfiltered radiation (so-called "false light") which is not in the EUV spectral range is of particular interest in comparison to EUV radiation in the region of the wafer plane, since the unfiltered Radiation with wavelengths outside the EUV spectral range disturbs the exposure of the wafer-level photosensitive layer (resist) as a structureless background and leads to a loss of contrast.
Die Spiegelelemente der optischen Anordnung können durch geeignete Maßnahmen, z.B. das Vorsehen von zusätzlichen absorbierenden Schichten z.B. aus Siliziumcarbid oder Siliziumnitrid so ausgelegt werden, dass diese auch für Strahlung bei Wellenlängen oberhalb von ca. 130 nm absorbierend werden. Daher ist es von Interesse, den zeitlichen Verlauf des Verhältnisses zwischen der Intensität der EUV-Strahlung und der Intensität des Falschlichts in der Wafer-Ebene zu beobachten, um z.B. ein Degradieren der das Falschlicht absorbierenden Schichten zu erkennen und ggf. Gegenmaßnahmen ergreifen zu können.The mirror elements of the optical assembly may be removed by suitable means, e.g. the provision of additional absorbent layers e.g. made of silicon carbide or silicon nitride so that they are also for radiation at wavelengths above about 130 nm absorbing. Therefore, it is of interest to observe the time course of the relationship between the intensity of the EUV radiation and the intensity of the unwanted light in the wafer plane, e.g. to detect a degradation of the layers absorbing the false layer and, if necessary, be able to take countermeasures.
In einer Weiterbildung ist die Sensoranordnung bevorzugt in einer Wafer-Ebene angeordnet und zur Bestimmung der Intensität von gestreuter EUV-Strahlung (auch) außerhalb des Strahlengangs bzw. des Bildfeldes ausgebildet, z.B. indem die Sensorfläche geeignet groß dimensioniert wird. Da sich die Wellenlängen der EUV-Strahlung und der von den EUV-Spiegeln nicht gefilterten Strahlung (im UV- bzw. VIS-Bereich) um einen Faktor > 10 voneinander unterscheiden, wird typischer Weise ein erheblich höherer Anteil der EUV-Strahlung in einen Bereich außerhalb des Strahlengangs gestreut als dies für die nicht gefilterte Strahlung im UV- bzw. VIS-Bereich der Fall ist. In a further development, the sensor arrangement is preferably arranged in a wafer plane and designed to determine the intensity of scattered EUV radiation (also) outside the beam path or the image field, for example by dimensioning the sensor surface appropriately large. Since the wavelengths of the EUV radiation and the radiation not filtered by the EUV mirrors (in the UV or VIS range) differ by a factor> 10, a significantly higher proportion of the EUV radiation typically becomes within one range scattered outside the beam path than this for the unfiltered radiation in the UV or VIS range is the case.
In der Wafer-Ebene ist außerhalb des Strahlengangs bzw. des Bildfeldes praktisch kein Falschlicht vorhanden, während innerhalb des Bildfeldes ein höherer Falschlichtanteil vorhanden ist. Will man den Streulichtanteil der EUV-Strahlung in der Wafer-Ebene bestimmen, ist es daher erforderlich, auf die oben beschriebene Weise zunächst die Intensität der EUV-Strahlung innerhalb des Bildfeldes zu bestimmen (und den Intensitätsanteil des Falschlichts zu eliminieren), um die Intensität der EUV-Strahlung innerhalb des Bildfeldes mit der Intensität der EUV-Strahlung außerhalb des Bildfeldes vergleichen zu können.In the wafer plane, virtually no stray light is present outside the beam path or the image field, while a higher stray light fraction is present within the image field. If one wishes to determine the scattered light component of the EUV radiation in the wafer plane, it is therefore necessary to first determine the intensity of the EUV radiation within the image field (and to eliminate the intensity component of the false light) in order to determine the intensity in the manner described above EUV radiation within the image field can be compared with the intensity of EUV radiation outside the image field.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur spektralen Trennung der Strahlung einer EUV-Plasma-Lichtquelle, umfassend: Einbringen eines Spektralfilters in einen Strahlengang der Plasma-Lichtquelle zur Filterung von Strahlung im EUV-Spektralbereich und zur Transmission von Strahlung in einem Transmissions-Spektralbereich mit Wellenlängen oberhalb des EUV-Spektralbereichs.A further aspect of the invention relates to a method for the spectral separation of the radiation of an EUV plasma light source, comprising: introducing a spectral filter into a beam path of the plasma light source for filtering radiation in the EUV spectral range and for transmitting radiation in a transmission spectral range with wavelengths above the EUV spectral range.
In einer Variante des Verfahrens wird ein Spektralfilter in Form eines Fensters aus einem Fluorid-Material, insbesondere einem Erdalkali-Fluorid-Material oder einem Alkali-Fluorid-Material, in den Strahlengang eingebracht. Wie oben dargestellt wurde, weisen diese Materialien einen Transmissions-Spektralbereich zwischen ca. 100 nm und ca. 1 μm auf und sind daher für den gesamten hier interessierenden, von den EUV-Spiegeln nicht oder nicht vollständig gefilterten Spektralbereich der von der EUV-Plasma-Lichtquelle emittierten Strahlung transparent.In a variant of the method, a spectral filter in the form of a window made of a fluoride material, in particular an alkaline earth fluoride material or an alkali fluoride material, is introduced into the beam path. As has been shown above, these materials have a transmission spectral range between approximately 100 nm and approximately 1 μm and are therefore suitable for the entire spectral range of interest from the EUV plasma spectra of interest here, which is not or not completely filtered by the EUV mirrors. Light source emitted radiation transparent.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description of embodiments of the invention, with reference to the figures of the drawing, which show details essential to the invention, and from the claims.
Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.The individual features can be realized individually for themselves or for several in any combination in a variant of the invention.
Zeichnungdrawing
Ausführungsbeispiele sind in der schematischen Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigtEmbodiments are illustrated in the schematic drawing and will be explained in the following description. It shows
Die EUV-Plasma-Lichtquelle
Um die Intensitätsverteilung der Strahlung im EUV-Spektralbereich
Die Intensitätsverteilung der EUV-Strahlung auf dem CCD-Chip
Alternativ zum Einbringen des Spektralfilters
Maske angeordnet ist, welche mittels eines Projektionssystems auf ein lichtempfindliches Substrat (Wafer) im Bereich einer Wafer-Ebene
Im Bereich der Wafer-Ebene
Bei der Streulichtmessung tritt im vorliegenden Fall aber das Problem auf, dass der Falschlicht-Anteil im Bereich des Bildfelds
Um die Streulichtmessung für die EUV-Strahlung durchzuführen, muss daher auf die in Zusammenhang mit
während der Lebensdauer der optischen Anordnung durchgeführt werden kann, um Rückschlüsse z.B. auf den Verschmutzungsgrad der EUV-Spiegel
During the life of the optical arrangement can be performed to draw conclusions, for example, on the degree of soiling of the
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