DE102015211167A1

DE102015211167A1 - Method for operating a microlithographic projection exposure apparatus, and projection exposure apparatus

Info

Publication number: DE102015211167A1
Application number: DE102015211167.9A
Authority: DE
Inventors: Reimar Finken; Toralf Gruner
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2015-06-17
Filing date: 2015-06-17
Publication date: 2015-08-20

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, sowie eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage, wobei die Projektionsbelichtungsanlage eine Beleuchtungseinrichtung und ein Projektionsobjektiv aufweist, wobei die Beleuchtungseinrichtung eine in einer Objektebene des Projektionsobjektivs angeordnete, abzubildende Strukturen aufweisende Maske (31, 205, 305, 405) mit Nutzlicht einer Arbeitswellenlänge beleuchtet und wobei das Projektionsobjektiv diese Strukturen auf ein in einer Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnetes Substrat (41, 500) abbildet, wobei in die Maske (31, 205, 305, 405) und/oder das Substrat (41, 500) zumindest zeitweise eine nicht durch das Nutzlicht bewirkte Heizleistung eingekoppelt wird.The invention relates to a method for operating a microlithographic projection exposure apparatus, and to a microlithographic projection exposure apparatus, wherein the projection exposure apparatus has an illumination device and a projection objective, wherein the illumination device has a mask (31, 205, 305, 405) arranged in an object plane of the projection objective to be imaged. illuminated with useful light of a working wavelength and wherein the projection lens images these structures on a arranged in an image plane of the projection lens substrate (41, 500), wherein in the mask (31, 205, 305, 405) and / or the substrate (41, 500) at least temporarily a not caused by the useful light heating power is coupled.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, sowie eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage.The invention relates to a method for operating a microlithographic projection exposure apparatus, and to a microlithographic projection exposure apparatus.

Stand der TechnikState of the art

Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise oder LCD’s, angewendet. Der Mikrolithographieprozess wird in einer sogenannten Projektionsbelichtungsanlage durchgeführt, welche eine Beleuchtungseinrichtung und ein Projektionsobjektiv aufweist. Das Bild einer mittels der Beleuchtungseinrichtung beleuchteten Maske (= Retikel) wird hierbei mittels des Projektionsobjektivs auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes und in der Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnetes Substrat (z.B. ein Siliziumwafer) projiziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen. Microlithography is used to fabricate microstructured devices such as integrated circuits or LCDs. The microlithography process is carried out in a so-called projection exposure apparatus which has an illumination device and a projection objective. The image of a mask (= reticle) illuminated by means of the illumination device is hereby projected onto a substrate (eg a silicon wafer) coated with a photosensitive layer (photoresist) and arranged in the image plane of the projection objective in order to apply the mask structure to the photosensitive coating of the Transfer substrate.

In für den EUV-Bereich ausgelegten Projektionsobjektiven, d.h. bei Wellenlängen von z.B. etwa 13 nm oder etwa 7 nm, werden mangels Verfügbarkeit geeigneter lichtdurchlässiger refraktiver Materialien Spiegel als optische Komponenten für den Abbildungsprozess verwendet, wobei insbesondere auch die Maske als reflektierendes Element ausgestaltet wird.In EUV projected projection lenses, i. at wavelengths of e.g. about 13 nm or about 7 nm, are used for lack of availability of suitable transparent refractive materials mirror as optical components for the imaging process, in particular, the mask is designed as a reflective element.

Ein in der Praxis auftretendes Problem ist, dass die Maske infolge Absorption der von der EUV-Lichtquelle emittierten Strahlung eine Erwärmung und somit eine thermische Ausdehnung bzw. Deformation erfährt, welche infolge der hiermit einhergehenden Positionsveränderung der abzubildenden Strukturen eine Beeinträchtigung der Abbildungseigenschaften des optischen Systems zur Folge haben kann. Dabei kann der durch die EUV-Strahlung bewirkte Wärmeeintrag aufgrund der typischerweise vorhandenen örtlichen Variation des Absorptionskoeffizienten der Maske über den Querschnitt der Maske variieren, so dass ein örtlich inhomogener Wärmeeintrag in die Maske stattfindet. Hinzu kommt eine zeitliche Variation des Wärmeeintrags in die Maske infolge von Belichtungspausen sowie aufgrund des Umstandes, dass die Maske zu Beginn des mikrolithographischen Belichtungsprozesses sich typischerweise von einer vergleichsweise niedrigeren Temperatur auf ihre im Lithographieprozess erreichte Betriebstemperatur aufheizt.A problem occurring in practice is that the mask undergoes heating and thus thermal expansion or deformation as a result of absorption of the radiation emitted by the EUV light source, which, as a result of the associated change in position of the structures to be imaged, adversely affects the imaging properties of the optical system May have consequences. In this case, the heat input caused by the EUV radiation can vary over the cross section of the mask due to the typically existing local variation of the absorption coefficient of the mask, so that a locally inhomogeneous heat input into the mask takes place. In addition, a temporal variation of the heat input into the mask due to exposure pauses and due to the fact that the mask at the beginning of the microlithographic exposure process typically heats up from a comparatively lower temperature to their operating temperature reached in the lithographic process.

Des Weiteren treten solche thermisch bedingte Deformationen – wenn auch gegebenenfalls in abgeschwächtem Maße – auch auf Seiten des Substrats bzw. des Wafers auf. Ursache hierfür ist insbesondere, dass während des Lithographieprozesses einzelne Felder des Substrats in einer bestimmten Sequenz belichtet werden, wobei die Belichtung jedes dieser Felder mit einer entsprechenden Energieaufnahme sowie auch einer Wärmeleitung auf benachbarte Felder des Substrats einhergeht mit der Folge, dass sich während des gesamten Belichtungsprozesses ein über den Querschnitt des Substrats örtlich und zeitlich variierendes Temperaturprofil einstellt und damit ebenfalls thermisch bedingte Deformationen sowie damit einhergehende Abbildungsfehler auftreten.Furthermore, such thermally induced deformations also occur on the side of the substrate or of the wafer, albeit to a lesser extent if necessary. The reason for this is, in particular, that during the lithography process individual fields of the substrate are exposed in a specific sequence, the exposure of each of these fields being accompanied by a corresponding absorption of energy as well as a heat conduction to adjacent fields of the substrate, with the result that during the entire exposure process adjusts a temperature profile which varies over time and space over the cross section of the substrate and thus likewise thermally induced deformations and associated aberrations occur.

Zum Stand der Technik wird lediglich beispielhaft auf DE 10 2010 041 298 A1 , DE 10 2012 213 794 A1 und DE 103 17 662 A1 verwiesen.The prior art is merely an example DE 10 2010 041 298 A1 . DE 10 2012 213 794 A1 and DE 103 17 662 A1 directed.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage sowie eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage bereitzustellen, welche eine Verringerung oder Vermeidung von durch im Betrieb auftretende optische Lasten hervorgerufenen Deformationen der Maske und/oder des Substrats und damit einhergehenden Abbildungsfehlern ermöglichen.It is an object of the present invention to provide a method for operating a microlithographic projection exposure apparatus and a microlithographic projection exposure apparatus, which allow a reduction or avoidance of deformations of the mask and / or the substrate caused by optical loads occurring during operation and associated aberrations.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst.This object is solved by the features of the independent claims.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, welche eine Beleuchtungseinrichtung und ein Projektionsobjektiv aufweist, wobei die Beleuchtungseinrichtung eine in einer Objektebene des Projektionsobjektivs angeordnete, abzubildende Strukturen aufweisende Maske mit Nutzlicht einer Arbeitswellenlänge beleuchtet und wobei das Projektionsobjektiv diese Strukturen auf ein in einer Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnetes Substrat abbildet, wird in die Maske und/oder das Substrat zumindest zeitweise eine nicht durch das Nutzlicht bewirkte Heizleistung eingekoppelt.In a method according to the invention for operating a microlithographic projection exposure apparatus which has an illumination device and a projection objective, the illumination device illuminates a mask having useful light having a working wavelength arranged in an object plane of the projection objective and the projection objective illuminating these structures in an image plane of the image plane Projection lens arranged substrate, at least temporarily, a not caused by the useful light heating power is coupled into the mask and / or the substrate.

Der Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, unerwünschten Deformationen der Maske und/oder des Substrats aufgrund der im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage unvermeidlichen optischen Lasten dadurch vorzubeugen, dass in die Maske bzw. das Substrat gezielt eine zusätzliche Heizleistung eingekoppelt wird. Dabei beinhaltet die Erfindung insbesondere weiter das Konzept, durch Variationen dieser zusätzlich eingekoppelten Heizleistung in örtlicher Hinsicht (d.h. durch eine über die Querschnittsfläche der Maske variierende Erwärmung) und/oder in zeitlicher Hinsicht eine durch besagte optische Lasten im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage hervorgerufene räumliche und/oder zeitliche Inhomogenität auszugleichen, um zu vermeiden, dass der stattfindende Wärmeeintrag mit mechanischen Verspannungen bzw. Deformationen einhergeht.The invention is based in particular on the concept of preventing unwanted deformations of the mask and / or of the substrate due to the optical loads which are unavoidable during operation of the projection exposure apparatus in that an additional heating power is specifically coupled into the mask or the substrate. In particular, the invention further includes the concept, by variations of these additionally coupled Heating power locally (ie by varying across the cross-sectional area of the mask heating) and / or temporally offset by said optical loads during operation of the projection exposure system caused spatial and / or temporal inhomogeneity, to avoid that the heat input takes place with mechanical Tension or deformation is accompanied.

So kann etwa hinsichtlich der Maske dem Problem der zu Beginn des Lithographieprozesses fortschreitenden Erwärmung und der hiermit einhergehenden Materialausdehnung der Maske dadurch begegnet werden, dass die Maske über die erfindungsgemäß zusätzlich eingekoppelte Heizleistung von vorneherein (d.h. noch vor Beginn des Lithographieprozesses) auf eine Temperatur vorgeheizt wird, welche der für den Lithographieprozess erwarteten Betriebstemperatur der Maske entspricht. Mit Beginn des Lithographieprozesses und dem Einsetzen der an der Maske auftretenden optischen Lasten kann dann die erfindungsgemäße Einkopplung der zusätzlichen Heizleistung entsprechend reduziert werden mit der Folge, dass letztendlich die Temperatur der Maske jederzeit konstant bleibt, also eine zeitlich variierende Deformation der Maske bzw. der darauf befindlichen abzubildenden Strukturen während des Lithographieprozesses vermieden wird.For example, with regard to the mask, the problem of the heating which proceeds at the beginning of the lithographic process and the associated material expansion of the mask can be counteracted by preheating the mask to a temperature from the outset (ie, even before the start of the lithographic process) via the additionally coupled heating power according to the invention which corresponds to the expected operating temperature of the mask for the lithographic process. With the beginning of the lithographic process and the onset of the optical loads occurring on the mask, the coupling of the additional heating power according to the invention can then be correspondingly reduced with the result that ultimately the temperature of the mask remains constant at all times, ie a time-varying deformation of the mask or of it located to be imaged structures during the lithography process is avoided.

Des Weiteren kann durch örtliche Variation der erfindungsgemäßen Einkopplung zusätzlicher Heizleistung im Falle des Substrats dem Umstand Rechnung getragen werden, dass die abzubildenden Strukturen auf dem Substrat typischerweise mit örtlich variierendem Belegungsgrad vorhanden sind und somit auch der Absorptionskoeffizient der Maske und damit die durch die optischen Lasten im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage hervorgerufene, unerwünschte Erwärmung des Substrats über dessen Querschnittsfläche variiert. Um diese Variation des Absorptionskoeffizienten zu berücksichtigen und unerwünschte Temperaturgradienten über die Querschnittsfläche des Substrats zu vermeiden, kann auch die Einkopplung der erfindungsgemäßen zusätzlichen Heizleistung bzw. deren vorstehend beschriebene Reduzierung mit im Lithographieprozess zunehmender optischer Last lokal variiert werden. Furthermore, by locally varying the coupling according to the invention of additional heating power in the case of the substrate, it can be taken into account that the structures to be imaged on the substrate typically have locally varying degrees of occupation and thus also the absorption coefficient of the mask and thus the optical loads in the mask Operation of the projection exposure system caused, undesirable heating of the substrate varies over the cross-sectional area. In order to take this variation of the absorption coefficient into account and to avoid undesired temperature gradients across the cross-sectional area of the substrate, the coupling of the additional heating power according to the invention or its reduction as described above can also be locally varied with increasing optical load in the lithographic process.

Mit anderen Worten kann die erfindungsgemäß zwecks eines Vorheizens der Maske bereits vor Beginn des Lithographieprozesses zusätzlich eingekoppelte Heizleistung mit Beginn des Lithographieprozesses bzw. der an der Maske auftretenden optischen Last in Bereichen vergleichsweise stärker reduziert werden, die einen höheren Belegungsgrad mit abzubildenden Maskenstrukturen und damit einen höheren Absorptionsgrad aufweisen. Die erfindungsgemäße Einkopplung zusätzlicher Heizleistung in die Maske erfolgt somit während des Lithographiebetriebs umso stärker, je weniger Nutzlicht in dem betreffenden Bereich der Maske absorbiert wird, so dass im Ergebnis jederzeit ein sowohl räumlich wie auch zeitlich homogenes Temperaturprofil an der Maske aufrechterhalten wird.In other words, according to the invention, the heat output additionally coupled in at the beginning of the lithography process for the purpose of preheating the mask can be comparatively more greatly reduced at the start of the lithographic process or the optical load occurring in the mask in areas which have a higher degree of occupation with mask structures to be imaged and thus a higher Have absorbance. The coupling according to the invention of additional heating power into the mask thus takes place during lithography operation the more strongly the less useful light is absorbed in the relevant region of the mask, so that the result is always a spatially as well as temporally homogeneous temperature profile on the mask.

In weiteren Ausführungsformen kann gegebenenfalls auch ein Einfluss der Beleuchtung auf die in unterschiedlichen Maskenbereichen absorbierte Energiemenge vorliegen, falls etwa für unterschiedliche Strukturen auf der Maske unterschiedliche Beleuchtungssettings vorteilhaft sind. Ein hierdurch gegebenenfalls bewirkter winkelabhängiger Absorptionskoeffizient der Maske kann bei der erfindungsgemäßen Einkopplung der zusätzlichen Heizleistung ebenfalls berücksichtigt werden.In other embodiments, if appropriate, an influence of the illumination on the amount of energy absorbed in different mask areas may also be present if, for example, different illumination settings are advantageous for different structures on the mask. An optionally dependent angle-dependent absorption coefficient of the mask can also be taken into account in the inventive coupling of the additional heating power.

Hinsichtlich des Substrats kann zunächst in analoger Weise noch vor Beginn des Lithographieprozesses ein Aufwärmen des Substrats auf die im Lithographieprozess erwartete Betriebstemperatur des Substrats bzw. Wafers erfolgen. Sodann kann während des Lithographieprozesses in dem Maße, in welchem der aktuell belichtete Bereich über das Substrat wandert, die erfindungsgemäß eingekoppelte Heizleistung jeweils entsprechend reduziert sowie – zum Zeitpunkt eines erneuten Abkühlenswieder zugeführt werden, um ebenfalls ein sowohl in räumlicher als auch in zeitlicher Hinsicht homogenes Temperaturprofil über das gesamte Substrat zu gewährleisten.With regard to the substrate, first of all, in an analogous manner, before the start of the lithography process, the substrate can be heated to the operating temperature of the substrate or wafer expected in the lithographic process. Then, during the lithographic process to the extent that the currently exposed area travels across the substrate, the heating power coupled in accordance with the invention is correspondingly reduced and, at the time of renewed cooling, re-supplied, likewise a temperature profile that is homogeneous both in terms of space and time over the entire substrate.

Gemäß einer Ausführungsform erfolgt die Einkopplung der Heizleistung derart, dass eine im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage durch optische Lasten verursachte Temperaturvariation über den Querschnitt der Maske bzw. des Substrats wenigstens teilweise kompensiert wird.According to one embodiment, the coupling of the heating power takes place in such a way that a temperature variation caused by optical loads during operation of the projection exposure apparatus is at least partially compensated over the cross section of the mask or of the substrate.

Gemäß einer Ausführungsform wird die Heizleistung zeitlich variiert.According to one embodiment, the heating power is varied over time.

Gemäß einer Ausführungsform wird die Heizleistung zumindest zeitweise über die Querschnittsfläche der Maske bzw. des Substrats örtlich variabel eingestellt.According to one embodiment, the heating power is set at least temporarily locally variable over the cross-sectional area of the mask or of the substrate.

Gemäß einer Ausführungsform weist die Maske ein Maskensubstratmaterial auf, wobei dieses Maskensubstratmaterial durch die Heizleistung zumindest zeitweise auf eine Temperatur aufgeheizt wird, welche der Zero-Crossing-Temperatur des Maskensubstratmaterials entspricht. Bei dieser Zero-Crossing-Temperatur (= „Nulldurchgangstemperatur“) weist der thermische Ausdehnungskoeffizient in seiner Temperaturabhängigkeit einen Nulldurchgang auf, in dessen Umgebung keine oder nur eine vernachlässigbare thermische Ausdehnung des Maskensubstratmaterials erfolgt. Bei dem Maskensubstratmaterial kann es sich z.B. um ein „Ultra-Low-Expansion-Material“ (ULE) handeln (z.B. ein unter der Bezeichnung ULE^TM von der Firma Corning Inc. vertriebenes Titanium-Silikatglas), wobei die Zero-Crossing-Temperatur lediglich beispielhaft im Bereich von 22°C bis 55°C liegen kann.According to one embodiment, the mask has a mask substrate material, wherein this mask substrate material is heated at least temporarily by the heating power to a temperature which corresponds to the zero-crossing temperature of the mask substrate material. At this zero crossing temperature (= "zero crossing temperature"), the thermal expansion coefficient in its temperature dependence on a zero crossing, in whose environment no or only a negligible thermal expansion of the mask substrate material. The mask substrate material may be, for example, an "ultra-low-expansion material" (ULE) (eg, one of the Designation ULE ^™ from Titanium Silicate Glass sold by Corning Inc.), wherein the zero-crossing temperature may only be in the range of 22 ° C to 55 ° C by way of example.

Gemäß einer Ausführungsform erfolgt die Einkopplung der Heizleistung zumindest zeitweise durch Beaufschlagung der Maske bzw. des Substrats mit nicht dem Nutzlicht entsprechender elektromagnetischer Strahlung.According to one embodiment, the coupling of the heating power takes place at least temporarily by applying the mask or the substrate with electromagnetic radiation that does not correspond to the useful light.

Gemäß einer Ausführungsform erfolgt die Einkopplung der Heizleistung zumindest zeitweise über eine die Maske bzw. das Substrat tragende Heizauflage.According to one embodiment, the coupling of the heating power takes place at least temporarily via a heating pad supporting the mask or the substrate.

Gemäß einer Ausführungsform erfolgt die Einkopplung der Heizleistung zumindest zeitweise durch Anströmen mit einem temperierten Fluid.According to one embodiment, the coupling of the heating power takes place at least temporarily by flowing against a tempered fluid.

Die Erfindung betrifft weiter eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage, welche eine Beleuchtungseinrichtung und ein Projektionsobjektiv aufweist, wobei die Beleuchtungseinrichtung im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage eine in einer Objektebene des Projektionsobjektivs angeordnete und abzubildende Strukturen aufweisende Maske mit Nutzlicht einer Arbeitswellenlänge beleuchtet und wobei das Projektionsobjektiv diese Strukturen auf ein in einer Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnetes Substrat abbildet, wobei wenigstens eine Heizvorrichtung zur Einkopplung von nicht durch das Nutzlicht bewirkter Heizleistung in die Maske und/oder das Substrat vorgesehen ist.The invention further relates to a microlithographic projection exposure apparatus which has an illumination device and a projection objective, wherein the illumination device illuminates a mask having useful light of a working wavelength in operation of the projection exposure apparatus and has structures which are arranged in an object plane of the projection objective, and the projection objective illuminates these structures in one Imaged image level of the projection lens substrate, wherein at least one heating device is provided for coupling not effected by the useful light heating power in the mask and / or the substrate.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Heizleistung über die Querschnittsfläche der Maske bzw. des Substrats örtlich variabel einstellbar.According to one embodiment, the heat output is locally variably adjustable over the cross-sectional area of the mask or of the substrate.

Gemäß einer Ausführungsform weist die Heizvorrichtung wenigstens einen Heizstrahler zur Einkopplung von Heizstrahlung in die Maske und/oder das Substrat auf.According to one embodiment, the heating device has at least one radiant heater for coupling heating radiation into the mask and / or the substrate.

Gemäß einer Ausführungsform weist die Heizstrahlung eine Wellenlänge von wenigstens 2.5 μm, insbesondere wenigstens 5 μm, auf.According to one embodiment, the heating radiation has a wavelength of at least 2.5 μm, in particular at least 5 μm.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen. Further embodiments of the invention are described in the description and the dependent claims.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to embodiments shown in the accompanying drawings.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Es zeigen:Show it:

1 eine schematische Darstellung eines Projektionsobjektivs einer für den Betrieb im EUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, in welcher die Erfindung beispielsweise realisierbar ist; und 1 a schematic representation of a projection lens designed for operation in EUV microlithographic projection exposure apparatus, in which the invention is realized, for example; and

2–5 schematische Darstellungen zur Erläuterung unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung. 2 - 5 schematic representations for explaining different embodiments of the invention.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS

1 zeigt zunächst eine schematische Darstellung einer beispielhaften, für den Betrieb im EUV ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage 10. 1 initially shows a schematic representation of an exemplary, designed for operation in the EUV projection exposure equipment 10 ,

Gemäß 1 weist eine Beleuchtungseinrichtung der Projektionsbelichtungsanlage 10 einen Feldfacettenspiegel 3 und einen Pupillenfacettenspiegel 4 auf. Auf den Feldfacettenspiegel 3 wird das Licht einer Lichtquelleneinheit, welche im Beispiel eine EUV-Lichtquelle (Plasmalichtquelle) 1 und einen Kollektorspiegel 2 umfasst, gelenkt. Im Lichtweg nach dem Pupillenfacettenspiegel 4 sind ein erster Teleskopspiegel 5 und ein zweiter Teleskopspiegel 6 angeordnet. Im Lichtweg nachfolgend ist ein Umlenkspiegel 7 angeordnet, der die auf ihn treffende Strahlung auf ein Objektfeld in der Objektebene eines sechs Spiegel 21–26 umfassenden Projektionsobjektivs lenkt. Am Ort des Objektfeldes ist eine reflektive strukturtragende Maske 31 auf einem Maskentisch 30 angeordnet, die mit Hilfe des Projektionsobjektivs in eine Bildebene abgebildet wird, in welcher sich ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes Substrat 41 auf einem Wafertisch 40 befindet. According to 1 has a lighting device of the projection exposure system 10 a field facet mirror 3 and a pupil facet mirror 4 on. On the field facet mirror 3 the light of a light source unit, which in the example an EUV light source (plasma light source) 1 and a collector mirror 2 includes, steered. In the light path after the pupil facet mirror 4 are a first telescope mirror 5 and a second telescope mirror 6 arranged. In the light path below is a deflection mirror 7 arranged, which reflects the radiation impinging on an object field in the object plane of a six mirror 21 - 26 comprehensive projection lens steers. At the location of the object field is a reflective structure-bearing mask 31 on a mask table 30 arranged, which is imaged by means of the projection lens in an image plane in which a substrate coated with a photosensitive layer (photoresist) 41 on a wafer table 40 located.

Sowohl auf Seiten der Maske 31 als auch auf Seiten des Substrats 41 treten ohne weitere Maßnahmen wie bereits eingangs erläutert im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage thermisch bedingte Deformationen sowie damit einhergehende Abbildungsfehler auf. Both on the part of the mask 31 as well as on the side of the substrate 41 occur without further measures as already explained in the operation of the projection exposure system thermally induced deformations and associated aberrations.

Im Weiteren werden zunächst unter Bezugnahme auf 2a, 2b, 3 und 4 Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, um zunächst hinsichtlich der Maske solchen thermisch bedingten Deformationen vorzubeugen. Diesen Ausführungsformen ist gemeinsam, dass jeweils zusätzliche, nicht durch das zur Beleuchtung der Maske verwendete Nutzlicht der EUV-Lichtquelle bewirkte Heizstrahlung in die Maske eingekoppelt wird, um eine Deformationswirkung des durch optische Lasten im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage verursachten Wärmeeintrags zu reduzieren oder zu vermeiden. In addition, first with reference to 2a . 2 B . 3 and 4 Embodiments of the invention described in order initially to prevent such thermally induced deformations in terms of the mask. These embodiments have in common that each additional, not caused by the used for illuminating the mask useful light of the EUV light source heating radiation is coupled into the mask to reduce or avoid a deformation effect caused by optical loads during operation of the projection exposure heat input.

Gemäß 2a–b erfolgt die erfindungsgemäße Einkopplung zusätzlicher Heizleistung in eine Maske 205 unter Verwendung wenigstens eines Heizstrahlers 210 bzw. 220, wobei diese Einkopplung gemäß 2a von der Maskenrückseite oder auch gemäß 2b von der Maskenvorderseite (d.h. der der EUV-Lichtquelle zugewandten Seite der Maske 205) aus erfolgen kann. Dabei symbolisieren die in 2a–b eingezeichneten Pfeile das auf die Maske 205 im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage auftreffende bzw. von der Maske 205 reflektierte Nutzlicht bzw. EUV-Licht. According to 2a B, the coupling according to the invention of additional heating power takes place in a mask 205 using at least one radiant heater 210 respectively. 220 , this coupling according to 2a from the back of the mask or according to 2 B from the mask front side (ie the EUV light source side facing the mask 205 ) can be made. The symbolize in 2a -B arrows drawn on the mask 205 during operation of the projection exposure system incident or from the mask 205 reflected useful light or EUV light.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel erfolgt nun über die besagte zusätzliche Einkopplung von Heizstrahlung (in Form von Infrarotstrahlung z.B. mit einer Wellenlänge von wenigstens 2.5 µm, insbesondere wenigstens 5 µm) zunächst eine Vorheizung der Maske 205 auf die im späteren Lithographiebetrieb erwartete Betriebstemperatur. According to the exemplary embodiment, the said additional coupling of heating radiation (in the form of infrared radiation, for example with a wavelength of at least 2.5 μm, in particular at least 5 μm) is now preceded by preheating of the mask 205 to the expected in later lithography operation temperature.

Vorzugsweise kann die erfindungsgemäße „Vorheizung“ der Maske 205 durch Einkopplung der zusätzlichen Heizleistung lokal über die Fläche der Maske 205 variiert werden, so dass jeweils die Bedingung P_vorheiz(t,x,y) + P_EUV(t,x,y) = const. (1) erfüllt ist (wobei t die Zeitkoordinate und x, y die Ortskoordidaten in der x-y-Ebene der Maske 205 bezeichnen).Preferably, the inventive "preheating" of the mask 205 by coupling the additional heating power locally over the surface of the mask 205 be varied, so that each condition P _preheat (t, x, y) + P _EUV (t, x, y) = const. (1) is satisfied (where t is the time coordinate and x, y are the location coordinates in the xy plane of the mask 205 describe).

Bezeichnet man die im späteren Lithographiebetrieb durch das Nutzlicht eingekoppelte EUV-Leistung mit P₀, den maximalen Absorptionsgrad der Maske für das Nutzlicht bzw. EUV-Licht mit α₀ und den Absorptionsgrad für die eingekoppelte Heizstrahlung mit α₁, so entspricht die o.g. erfindungsgemäße Vorheizung der Einkopplung einer zusätzlichen Heizleistung P₁ gemäß α₁·P₁ = α₀·P₀ (2) If the EUV power injected by the useful light in the later lithography operation is denoted by P ₀ , the maximum absorption coefficient of the mask for the useful light or EUV light with α ₀ and the absorption coefficient for the coupled-in heating radiation with α ₁ , then the abovementioned preheating according to the invention corresponds the coupling of an additional heating power P ₁ according to α ₁ · P ₁ = α ₀ x P ₀ (2)

Hierdurch wird erreicht, dass die Maske 205 eine Heizleistung absorbiert, die derjenigen EUV-Leistung entspricht, die im anschließenden Lithographieprozess maximal absorbiert wird.This will ensure that the mask 205 absorbs a heat output corresponding to that of EUV power, which is maximally absorbed in the subsequent lithography process.

Mit Beginn des Lithographieprozesses bzw. Einschaltens der EUV-Lichtquelle wird nun diese erfindungsgemäß zusätzlich in die Maske 205 eingekoppelte Heizleistung in solcher Weise reduziert, dass im Ergebnis die Temperatur der Maske 205 zeitlich konstant bleibt, also keine unerwünschten Deformationen der Maske 205 bzw. hierdurch hervorgerufene Abbildungsfehler auftreten. With the beginning of the lithography process or switching on the EUV light source, this invention now additionally in the mask 205 coupled heating power is reduced in such a way that, as a result, the temperature of the mask 205 remains constant in time, so no unwanted deformations of the mask 205 or caused thereby aberrations occur.

Bezeichnet man den lokalen Absorptionsgrad der Maske 205 für das Nutzlicht bzw. EUV-Licht mit α, erfolgt somit nach Beginn des Lithographieprozesses eine Reduzierung der zusätzlich eingekoppelten Heizleistung um ΔP₁ = P₀·α/α₁ (3) If one describes the local absorption of the mask 205 for the useful light or EUV light with α, thus, after the start of the lithography process, a reduction of the additionally coupled-in heating power takes place ΔP ₁ = P ₀ · α / α ₁ (3)

Hierbei kann neben der durch das Einschalten der EUV-Lichtquelle bewirkten zeitlichen Inhomogenität auch eine räumliche Inhomogenität ausgeglichen werden, welche durch einen lokal über den Querschnitt der Maske 205 variierenden Absorptionskoeffizienten infolge eines über die Maske 205 variierenden Belegungsgrades mit abzubildenden Strukturen hervorgerufen wird. In addition to the temporal inhomogeneity caused by switching on the EUV light source, it is also possible to compensate for a spatial inhomogeneity which results from a local over the cross section of the mask 205 varying absorption coefficients due to a via the mask 205 varying occupancy with structures to be imaged.

Lediglich beispielhaft kann etwa der Absorptionskoeffizient über den Querschnitt der Maske 205 im Bereich von etwa 30% (in Maskenbereichen mit vergleichsweise niedrigem Belegungsgrad an abzubildenden Maskenstrukturen) und etwa 80% (in Maskenbereichen mit vergleichsweise hohem Belegungsgrad) variieren. Um diese räumliche Inhomogenität ebenfalls auszugleichen, erfolgt die erfindungsgemäße Einkopplung der zusätzlichen Heizleistung in die Maske 205 gemäß der obigen Gleichung (3) ebenfalls ortsaufgelöst, wobei insbesondere die vorstehend beschriebene Reduzierung der zusätzlich eingekoppelten Heizleistung in Bereichen der Maske 205 mit höherem Belegungsgrad an abzubildenden Strukturen (d.h. höherem Absorptionskoeffizienten) stärker ausfällt als in Bereichen mit vergleichsweise geringerem Absorptionskoeffizienten. Mit anderen Worten wird umso mehr zusätzliche Heizleistung in die Maske eingekoppelt, je weniger Nutzlicht in dem betreffenden Bereich der Maske absorbiert wird. Hierzu kann als Heizvorrichtung insbesondere auch eine (z.B. matrixförmige) Anordnung von Heizstrahlern auf der Vorder- oder Rückseite der Maske 205 verwendet werden. For example only, the absorption coefficient across the cross-section of the mask 205 in the range of about 30% (in mask areas with a comparatively low degree of coverage of mask structures to be imaged) and about 80% (in mask areas with comparatively high occupancy). In order to compensate for this spatial inhomogeneity, the inventive coupling of the additional heating power takes place in the mask 205 according to the above equation (3) also spatially resolved, in particular, the above-described reduction of the additional coupled heating power in areas of the mask 205 with a higher degree of occupancy of structures to be imaged (ie higher absorption coefficient) is greater than in areas with a comparatively lower absorption coefficient. In other words, the more additional heating power is absorbed into the mask, the less useful light is absorbed in the relevant region of the mask. For this purpose, as a heater in particular also a (eg matrix-shaped) arrangement of radiant heaters on the front or back of the mask 205 be used.

3 und 4 zeigen jeweils schematische Darstellungen zur Erläuterung weiterer möglicher Ausführungsformen, wobei im Vergleich zu 2a–b analoge bzw. im Wesentlichen funktionsgleiche Komponenten mit um „100“ bzw. „200“ erhöhten Bezugsziffern bezeichnet sind. 3 and 4 each show schematic representations for explaining further possible embodiments, wherein compared to 2a -B analog or substantially functionally identical components are designated by "100" or "200" reference numerals.

Gemäß 3 dient als Heizvorrichtung zur Einkopplung zusätzlicher Heizleistung in die Maske 305 eine entsprechend temperierte, auf der Rückseite der Maske 305 angeordnete Heizauflage 310 (welche vorzugsweise ebenfalls zur ortsaufgelösten Einkopplung von Heizleistung konfiguriert ist).According to 3 serves as a heater for coupling additional heating power in the mask 305 a suitably tempered, on the back of the mask 305 arranged heating pad 310 (Which is preferably also configured for the spatially resolved coupling of heating power).

Gemäß 4 erfolgt die Einkopplung zusätzlicher Heizleistung durch Anströmen der Maske 405 über eine Heiz- bzw. Anströmvorrichtung 410 mit einem geeignet temperierten Fluid (wobei dieses Anströmen im Ausführungsbeispiel ebenfalls von der Maskenrückseite her erfolgt).According to 4 the coupling of additional heating power takes place by flow of the mask 405 via a heating or inflow device 410 with a suitably tempered fluid (wherein this flow in the embodiment also takes place from the back of the mask).

Des Weiteren kann gemäß der Erfindung (zusätzlich oder alternativ zu der vorstehend beschriebenen Einkopplung von Heizleistung in die Maske) eine zusätzliche Heizleistung in das in der Bildebene des Projektionsobjektivs befindliche Substrat eingekoppelt werden, wie im Weiteren unter Bezugnahme auf 5 beschrieben wird. Furthermore, according to the invention (in addition to or as an alternative to the coupling of heating power into the mask described above), an additional heating power can be coupled into the substrate located in the image plane of the projection objective, as explained below with reference to FIG 5 is described.

5 zeigt in lediglich schematischer Darstellung ein kreisförmiges Substrat 500. Während des Lithographieprozesses erfolgt in aufeinanderfolgenden Belichtungs- sowie Vorschubschritten eine sequentielle Belichtung von Feldstreifen 501, 502, ..., jeweils bestehend aus mehreren Teilfeldern, auf dem Substrat 500, wie durch die in 5 eingezeichneten Pfeile angedeutet ist. 5 shows only a schematic representation of a circular substrate 500 , During the lithography process, sequential exposure of field strips occurs in successive exposure and advancement steps 501 . 502 , ..., each consisting of several subfields, on the substrate 500 as by the in 5 indicated arrows is indicated.

Um im Lithographieprozess unerwünschte thermisch bedingte Deformationen des Substrats 500 aufgrund der optischen Lasten und hiermit einhergehende Abbildungsfehler zu vermeiden, erfolgt zunächst – insoweit analog zu den vorstehend unter Bezugnahme auf 2a–b, 3 und 4 beschriebenen Ausführungsformen – eine Vorheizung des Substrats 500 auf die im Lithographiebetrieb erwartete Betriebstemperatur. Es wird nun davon ausgegangen, dass zu Beginn des Lithographieprozesses zunächst die Teilfelder im ersten Feldstreifen 501 nacheinander belichtet werden mit der Folge, dass das Substrat 500 sich in diesem Bereich zusätzlich erwärmt. Um eine hierdurch bewirkte inhomogene Temperaturverteilung und dementsprechende mechanische Verspannung des Substrats 500 zu vermeiden, können nun erfindungsgemäß durch die Einkopplung der Heizstrahlung (welche grundsätzlich analog zu den zuvor hinsichtlich der Maske beschriebenen Ausführungsformen von 2a–b, 3 und 4 erfolgen kann) die übrigen Bereiche des Substrats 500 entsprechend zusätzlich aufgeheizt werden, um über die gesamte Querschnittsfläche des Substrats 500 eine möglichst konstante Temperaturverteilung aufrechtzuhalten. Des Weiteren kann während des Lithographieprozesses in dem Maße, in dem der jeweils aktuell belichtete Bereich im Laufe des Lithographieprozesses über das Substrat 500 wandert, die Heizleistung in den jeweils zuvor belichteten Bereichen reduziert werden und erst bei einsetzender Abkühlung wieder erhöht werden etc. Im Ergebnis wird so eine möglichst homogene Temperaturverteilung über das Substrat 500 erreicht. In the lithographic process unwanted thermally induced deformations of the substrate 500 Due to the optical loads and associated aberrations to avoid, initially takes place - as far as analogous to those described above with reference to 2a -b, 3 and 4 described embodiments - a preheating of the substrate 500 to the expected in lithography operation temperature. It is now assumed that at the beginning of the lithography process, first the subfields in the first field stripe 501 be exposed sequentially with the result that the substrate 500 warmed up in this area additionally. To an inhomogeneous temperature distribution caused thereby and corresponding mechanical stress of the substrate 500 can now according to the invention by the coupling of the heating radiation (which basically analogous to the embodiments described above with respect to the mask of 2a -b, 3 and 4 can take place) the remaining areas of the substrate 500 be additionally heated in accordance to over the entire cross-sectional area of the substrate 500 to maintain as constant a temperature distribution as possible. Furthermore, during the lithography process to the extent that the respectively currently exposed area in the course of the lithographic process on the substrate 500 migrates, the heating power can be reduced in each previously exposed areas and only be increased again when cooling begins etc. As a result, as homogeneous a temperature distribution over the substrate 500 reached.

Wenn die Erfindung auch anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben wurde, erschließen sich für den Fachmann zahlreiche Variationen und alternative Ausführungsformen, z.B. durch Kombination und/oder Austausch von Merkmalen einzelner Ausführungsformen. Dementsprechend versteht es sich für den Fachmann, dass derartige Variationen und alternative Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung mit umfasst sind, und die Reichweite der Erfindung nur im Sinne der beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalente beschränkt ist.While the invention has been described in terms of specific embodiments, numerous variations and alternative embodiments, e.g. by combination and / or exchange of features of individual embodiments. Accordingly, it will be understood by those skilled in the art that such variations and alternative embodiments are intended to be embraced by the present invention, and the scope of the invention is limited only in terms of the appended claims and their equivalents.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102010041298 A1 [0006]
DE 102012213794 A1 [0006]
DE 10317662 A1 [0006]

Claims

Method for operating a microlithographic projection exposure apparatus which has an illumination device and a projection objective, wherein the illumination device has a mask (FIG. 2) arranged in an object plane of the projection objective, structures to be imaged 31 . 205 . 305 . 405 ) is illuminated with useful light of a working wavelength, and wherein the projection objective projects these structures onto a substrate (in an image plane of the projection objective) ( 41 . 500 ), characterized in that in the mask ( 31 . 205 . 305 . 405 ) and / or the substrate ( 41 . 500 ) at least temporarily a not caused by the useful light heating power is coupled.

A method according to claim 1, characterized in that the coupling of the heating power takes place in such a way that a temperature variation caused by optical loads during operation of the projection exposure apparatus over the cross section of the mask ( 31 . 205 . 305 . 405 ) or the substrate ( 41 . 500 ) is at least partially compensated.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that the heating power is varied over time.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the heating power at least temporarily over the cross-sectional area of the mask ( 31 . 205 . 305 . 405 ) or the substrate ( 41 . 500 ) is set locally variable.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the mask ( 31 . 205 . 305 . 405 ) comprises a mask substrate material, wherein said mask substrate material is at least temporarily heated by the heating power to a temperature corresponding to the zero crossing temperature of the mask substrate material.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the coupling of the heating power at least temporarily by applying the mask ( 31 . 205 . 305 . 405 ) or the substrate ( 41 . 500 ) with not the useful light corresponding electromagnetic radiation.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the coupling of the heating power at least temporarily via a mask ( 31 . 205 . 305 . 405 ) or the substrate ( 41 . 500 ) carrying heating pad takes place.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the coupling of the heating power takes place at least temporarily by flowing against a tempered fluid.

A microlithographic projection exposure apparatus which has an illumination device and a projection objective, wherein the illumination device has, during operation of the projection exposure apparatus, a mask (FIG. 2) arranged in an object plane of the projection objective and to be imaged. 31 . 205 . 305 . 405 ) is illuminated with useful light of a working wavelength, and wherein the projection objective projects these structures onto a substrate (in an image plane of the projection objective) ( 41 . 500 ), characterized in that at least one heating device for coupling heating power not effected by the useful light into the mask (US Pat. 31 . 205 . 305 . 405 ) and / or the substrate ( 41 . 500 ) is provided.

Microlithographic projection exposure apparatus according to claim 9, characterized in that the heating power across the cross-sectional area of the mask ( 31 . 205 . 305 . 405 ) or the substrate ( 41 . 500 ) is locally variably adjustable.

Microlithographic projection exposure apparatus according to claim 9 or 10, characterized in that the heating device at least one radiant heater for coupling heating radiation into the mask ( 31 . 205 . 305 . 405 ) and / or the substrate ( 41 . 500 ) having.

Microlithographic projection exposure apparatus according to claim 11, characterized in that the heating radiation has a wavelength of at least 2.5 μm, in particular at least 5 μm.