DE102016218744A1

DE102016218744A1 - Projection exposure system with liquid layer for wave front correction

Info

Publication number: DE102016218744A1
Application number: DE102016218744.9A
Authority: DE
Inventors: Markus Bauer
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2016-09-28
Filing date: 2016-09-28
Publication date: 2018-03-29
Also published as: WO2018060126A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Projektionsbelichtungsanlage (1) für die Halbleiterlithographie und umfasst unter anderem ein Projektionsobjektiv (2) zur Abbildung eines Reticles (3) auf einen Wafer (15) sowie eine Flüssigkeitsschicht (51), welche im Weg der zur Abbildung verwendeten optischen Strahlung (7) angeordnet ist sowie Mitteln (4) zur Erzeugung einer bestimmten Temperaturverteilung in der Flüssigkeitsschicht (51). Dabei sind die genannten Mittel (4) zur Erzeugung einer bestimmten Temperaturverteilung geeignet sind, elektromagnetische Heizstrahlung in die Flüssigkeitsschicht einzubringen und es sind zusätzlich Mittel (5) zur Erzeugung eines Strömungsprofiles in der Flüssigkeitsschicht vorhanden.The invention relates to a projection exposure apparatus (1) for semiconductor lithography and comprises, inter alia, a projection objective (2) for imaging a reticle (3) on a wafer (15) and a liquid layer (51), which in the path of the optical radiation used for imaging (FIG. 7) and means (4) for generating a specific temperature distribution in the liquid layer (51). The said means (4) for generating a specific temperature distribution are suitable for introducing electromagnetic heating radiation into the liquid layer and there are additionally means (5) for generating a flow profile in the liquid layer.

Description

Die Erfindung betrifft eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie, bei welcher eine Flüssigkeitsschicht zur Korrektur von Abbildungsfehlern Verwendung findet. The invention relates to a projection exposure apparatus for semiconductor lithography, in which a liquid layer is used for the correction of aberrations.

Für derartige Projektionsbelichtungsanlagen bestehen extrem hohe Anforderungen an die Abbildungsgenauigkeit bei gleichzeitig hoher thermischer Belastung der zur Abbildung eines Reticles auf einen Wafer verwendeten Komponenten. Hieraus resultiert regelmäßig das Erfordernis, zu einer Wellenfrontkorrektur mittels sogenannter Manipulatoren, wobei es sich bei den genannten Manipulatoren in der Regel um Vorrichtungen mit thermisch oder mechanisch aktuierten optischen Elementen zur Beeinflussung der Wellenfront handelt. For such projection exposure systems, extremely high demands are placed on the imaging accuracy and at the same time high thermal stress on the components used to image a reticle onto a wafer. This regularly results in the requirement for wavefront correction by means of so-called manipulators, wherein the said manipulators are generally devices with thermally or mechanically actuated optical elements for influencing the wavefront.

So ist beispielsweise in dem US-Patent 7,817,249 B2 eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie offenbart, bei welcher Abbildungsfehler dadurch korrigiert werden können, dass mindestens ein im Projektionsobjektiv der Projektionsbelichtungsanlage angeordnetes optisches Element durch das Einwirken gerichteter infraroter Strahlung ortsaufgelöst geheizt wird, wodurch eine gewünschte Temperatur- und dadurch Brechungsindexverteilung über das optische Element hinweg erreicht wird. Aufgrund der thermischen Trägheit des optischen Elements ist jedoch eine schnelle Anpassung des gewünschten Profils bzw. auch ein schnelles "Neutralschalten" des optischen Elements durch ein wieder einstellen einer homogenen Temperaturverteilung über das optische Element hinweg durch die in der genannten Schrift offenbarte Vorrichtung nur schwer möglich. For example, in the U.S. Patent 7,817,249 B2 discloses a projection exposure apparatus for semiconductor lithography, in which aberrations can be corrected by at least one arranged in the projection lens of the projection exposure system optical element is heated spatially resolved by the action of directed infrared radiation, whereby a desired temperature and thus refractive index distribution over the optical element is achieved , Due to the thermal inertia of the optical element, however, a rapid adjustment of the desired profile or a quick "neutral switching" of the optical element by re-set a homogeneous temperature distribution across the optical element through the device disclosed in the document is difficult.

Ferner ist in der WO 2007/017089 A1 ein Manipulator offenbart, bei welchem sich eine dünne Flüssigkeitsschicht zwischen zwei optischen Elementen, beispielsweise planparallelen Platten befindet, wobei eine der planparallelen Platten deformiert werden kann. Dabei wird die Temperatur der Flüssigkeit so gewählt, dass der Unterschied der Brechungsindizes von der Flüssigkeit zu der angrenzenden planparallelen Platte so gering wie möglich ist. Furthermore, in the WO 2007/017089 A1 discloses a manipulator in which a thin layer of liquid between two optical elements, such as plane-parallel plates, wherein one of the plane-parallel plates can be deformed. The temperature of the liquid is chosen so that the difference of the refractive indices from the liquid to the adjacent plane-parallel plate is as small as possible.

Darüber hinaus ist aus der internationalen Veröffentlichungsschrift WO2009/026970 A1 ein Manipulator bekannt, bei welchem mittels lokaler Temperierung eines optischen Elementes unter Verwendung dünner Heizdrähte in Verbindung mit einem an dem optischen Element vorbeiströmenden Fluid als Wärmesenke eine ortsaufgelöste Wellenfrontkorrektur möglich ist. Dabei wird im Wesentlichen von zwei Effekten Gebrauch gemacht. Zum einen ändert sich die Geometrie des entsprechend temperierten Elementes aufgrund der thermischen Ausdehnung. Zum anderen ist der Brechungsindex ebenfalls temperaturabhängig. Im Ergebnis führen beide Effekte zu einer Änderung des optischen Weges in einem optischen Element. Derartige Manipulatoren sind bereits verbreitet im Einsatz. Eine wesentliche Herausforderung bei der Realisation derartiger Manipulatoren besteht jedoch insbesondere darin, dass die genannten Manipulatoren oftmals – wie der oben genannte – in Transmission betrieben werden. Hierdurch sind an die zur Beeinflussung des verwendeten optischen Elementes eingesetzte Aktuatorik erhöhte Anforderungen zu stellen. Damit verbunden soll insbesondere die Ausbreitung der zur Abbildung eines Reticles auf einen Wafer verwendeten elektromagnetischen Strahlung nicht über ein noch vertretbares Maß hinaus beeinträchtigt werden. In addition, from the international publication WO2009 / 026970 A1 a manipulator is known in which by means of local temperature control of an optical element using thin heating wires in conjunction with a flowing past the optical element fluid as a heat sink, a spatially resolved wavefront correction is possible. In doing so, essentially two effects are used. On the one hand, the geometry of the correspondingly tempered element changes due to the thermal expansion. On the other hand, the refractive index is also temperature-dependent. As a result, both effects result in a change in the optical path in an optical element. Such manipulators are already in widespread use. However, a major challenge in the realization of such manipulators is in particular that the said manipulators are often - as the above - operated in transmission. As a result, increased demands are placed on the actuators used to influence the optical element used. In particular, the propagation of the electromagnetic radiation used to image a reticle onto a wafer should not be impaired beyond an acceptable level.

Daneben sind Konzepte bekannt, bei welchen eine lokale Wärmedeposition in Flüssigkeitsschichten mittels elektromagnetischer Strahlung, insbesondere Infrarotstrahlung, erfolgt. So ist beispielsweise aus der Internationalen Patentanmeldung WO 2008/122410 A2 ein optischer Manipulator bekannt, bei welchem in einer in einem Projektionsobjektiv angeordneten Flüssigkeitsschicht durch die zur Abbildung verwendete Strahlung selbst, aber auch gegebenenfalls zusätzlich durch die zusätzliche Einstrahlung von Infrarotstrahlung eine inhomogene Temperaturverteilung zur Wellenfrontkorrektur erzeugt wird. In addition, concepts are known in which a local heat deposition takes place in liquid layers by means of electromagnetic radiation, in particular infrared radiation. For example, from the International Patent Application WO 2008/122410 A2 an optical manipulator is known in which in an arranged in a projection lens liquid layer by the radiation used for imaging itself, but also optionally additionally by the additional irradiation of infrared radiation, an inhomogeneous temperature distribution for wave front correction is generated.

Wie auch für andere aus dem Stand der Technik bekannte Lösungen besteht eine wesentliche Problematik bei der Verwendung von Manipulatoren, welche auf thermischen Effekten beruhen darin, die eingesetzte Wärme definiert abzuführen, um eine zuverlässige Wirkungsweise des verwendeten Manipulators sicher zu stellen. As for other solutions known from the prior art, there is a significant problem with the use of manipulators, which are based on thermal effects, to dissipate the heat used in order to ensure reliable operation of the manipulator used.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, eine Projektionsbelichtungsanlage anzugeben, bei welcher eine zuverlässige Wellenfrontkorrektur möglich ist und bei welcher die zur Wellenfrontkorrektur eingesetzten Manipulatoren sich nicht über die erwünschte Korrekturwirkung hinaus auf die Abbildungseigenschaften des in der Projektionsbelichtungsanlage verwendeten Projektionsobjektives auswirken. It is therefore an object of the present invention to specify a projection exposure apparatus in which a reliable wavefront correction is possible and in which the manipulators used for wavefront correction do not have an effect beyond the desired correction effect on the imaging properties of the projection objective used in the projection exposure apparatus.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen und Varianten der Erfindung. This object is achieved by the device having the features of claim 1. The subclaims relate to advantageous embodiments and variants of the invention.

Die erfindungsgemäße Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie, umfasst unter anderem ein Projektionsobjektiv zur Abbildung eines Reticles auf einen Wafer sowie eine Flüssigkeitsschicht, welche im Weg der zur Abbildung verwendeten optischen Strahlung angeordnet ist sowie Mitteln zur Erzeugung einer bestimmten Temperaturverteilung in der Flüssigkeitsschicht. Dabei sind die genannten Mittel zur Erzeugung einer bestimmten Temperaturverteilung geeignet, elektromagnetische Heizstrahlung in die Flüssigkeitsschicht einzubringen und es sind zusätzlich Mittel zur Erzeugung eines Strömungsprofiles in der Flüssigkeitsschicht vorhanden. The projection exposure apparatus for semiconductor lithography according to the invention comprises inter alia a projection objective for imaging a reticle onto a wafer and a liquid layer which is arranged in the path of the optical radiation used for imaging and means for generating a specific image Temperature distribution in the liquid layer. The said means for generating a specific temperature distribution are suitable for introducing electromagnetic heating radiation into the liquid layer and there are additionally means for producing a flow profile in the liquid layer.

Das Strömungsprofil in der Flüssigkeitsschicht hat dabei insbesondere die Wirkung, dass die durch die optische Strahlung eingebrachte Wärme wieder abgeführt werden kann, bevor die zur Wellenfrontkorrektur gewünschte Temperaturverteilung aufgrund von Wärmleitungs- oder Konvektionsprozessen zerfließen kann, so dass die erforderliche Korrekturwirkung der Flüssigkeitsschicht über den relevanten Zeitraum hinweg erhalten bleibt. The flow profile in the liquid layer in particular has the effect that the heat introduced by the optical radiation can be dissipated again before the temperature distribution desired for wave front correction can dissipate due to thermal conduction or convection processes, so that the required correction effect of the liquid layer over the relevant period is preserved.

Dadurch, dass die Mittel zur Erzeugung des Strömungsprofiles eine Zuführeinrichtung für Flüssigkeit sowie einen Ablauf umfassen, kann die gewünschte Strömung auf einfache Weise erzeugt werden. Characterized in that the means for generating the flow profile comprise a supply means for liquid and a drain, the desired flow can be generated in a simple manner.

Wenn die Flüssigkeitsschicht durch eine zwischen dem Wafer und dem letzten optischen Element des Projektionsobjektives angeordnete Immersionsflüssigkeit gebildet ist, kann in vorteilhafter Weise die ohnehin vorhandene Immersionsflüssigkeit als optisches Element eines Manipulators Verwendung finden. If the liquid layer is formed by an immersion liquid arranged between the wafer and the last optical element of the projection objective, the already existing immersion liquid can advantageously be used as the optical element of a manipulator.

Die strömende Flüssigkeitsschicht kann in diesem Fall insbesondere unter Verwendung von hochreinem Wasser ausgebildet werden. Beim Scanvorgang durchströmt das verwendete Wasser insbesondere den Bereich des sogenannten Scanschlitzes, also denjenigen Bereich, in welchem die scannende Abbildung von Bereichen des Reticles auf korrespondierende Bereiche des Wafers vorgenommen wird. Der Scanschlitz kann dabei Abmessungen insbesondere im Bereich von ca. 26 mm × 11 mm zeigen. Die im Bereich des Scanschlitzes auftretende Strömung ist hydrodynamisch gut beherrscht, insbesondere als laminare Strömung, so dass sich eine reproduzierbare Temperaturverteilung einstellen lässt. The flowing liquid layer can be formed in this case, in particular, using high-purity water. During the scanning process, the water used in particular flows through the area of the so-called scan slot, ie the area in which the scanning image of areas of the reticle is made on corresponding areas of the wafer. The scan slot can show dimensions in particular in the range of about 26 mm × 11 mm. The flow occurring in the region of the scan slot is well controlled hydrodynamically, in particular as laminar flow, so that a reproducible temperature distribution can be set.

Die lokale Heizung des Immersionsmediums führt typischerweise zu Temperaturunterschieden im Bereich von ca. 0,5 K bis 1 K. Diese Temperaturunterschiede reichen einerseits für eine befriedigende Wellenfrontkorrektur aus, sind jedoch noch gering genug, um das Strömungsprofil im Immersionsmedium im Bereich des Scanschlitzes nicht zu stören. The local heating of the immersion medium typically leads to temperature differences in the range of about 0.5 K to 1 K. These temperature differences are sufficient on the one hand for a satisfactory wavefront correction, but are still low enough not to disturb the flow profile in the immersion medium in the scanning slot ,

Dadurch, dass im Wellenlängenbereich hoher Absorption im Wasser eine Vielzahl von Lichtquellen mit geringen Abständen der jeweiligen Emissionswellenlängen zur Verfügung steht und die Eindringtiefe in das Immersionsmedium, insbesondere Wasser, stark von der verwendeten Wellenlänge abhängt, kann allein durch die Wahl der Heizwellenlänge der Ort der Wärmedeposition im Immersionsmedium sehr gut aufgelöst eingestellt werden. Insbesondere kann eine praktisch stufenlose Einstellung der Eindringtiefe der Heizstrahlung und damit des räumlichen Temperaturprofiles im Immersionsmedium durch die Verwendung eines durchstimmbaren Lasers wie beispielsweise eines External Cavity Lasers erreicht werden. The fact that in the wavelength range of high absorption in the water, a plurality of light sources with short distances of the respective emission wavelengths is available and the penetration depth in the immersion medium, especially water, strongly depends on the wavelength used, can only by the choice of Heizwellenlänge the place of heat deposition be set in the immersion medium very well resolved. In particular, a virtually continuous adjustment of the penetration depth of the heating radiation and thus of the spatial temperature profile in the immersion medium can be achieved by using a tunable laser such as an external cavity laser.

Insgesamt hängt das einstellbare Temperaturprofil im Immersionsmedium unter anderem von den Parametern Wellenlänge der Heizstrahlung und damit verbunden der Eindringtiefe sowie von dem Strömungsprofil des Immersionsmediums ab. Wird beispielsweise die Wärme im Bereich des Scanschlitzes, insbesondere im Bereich einer Grenzschicht zwischen Immersionsmedium und den benachbarten Elementen (Wafer und letzte Linse) deponiert, so lässt sich aufgrund des parabolischen Strömungsprofils des Immersionsmediums eine gewünschter Temperaturverlauf auch entlang der Scanrichtung einstellen. Overall, the adjustable temperature profile in the immersion medium depends inter alia on the parameters wavelength of the heating radiation and, associated therewith, the penetration depth and on the flow profile of the immersion medium. If, for example, the heat is deposited in the region of the scan slot, in particular in the region of an interface between immersion medium and the adjacent elements (wafer and last lens), a desired temperature profile can also be set along the scan direction due to the parabolic flow profile of the immersion medium.

Zur Einstellung einer gewünschten Temperaturverteilung im Immersionsmedium im Bereich des Scanschlitzes kann das Immersionsmedium insbesondere kurz vor seinem Eintritt in den Bereich des Scanschlitzes mittels eines scannenden Strahls von Heizstrahlung oder auch tomographisch aufgeheizt werden. Auch eine direkte Beheizung des Mediums im Bereich des Scanschlitzes ist denkbar. In denjenigen Fällen, in welchen die verwendete Wellenlänge im infraroten Bereich liegt, wird eine ungewollte Belichtung des zur Strukturierung des Wafers verwendeten Fotolackes durch die Heizstrahlung dadurch vermieden, dass der Fotolack in diesem Spektralbereich praktisch insensitiv ist. Darüber hinaus wird durch die Verwendung des Immersionsmediums als unmittelbar dem Wafer benachbarten Mediums eine feldnahe Wellenfrontkorrektur möglich. Hier wirkt sich darüber hinaus die lokale Erwärmung mittels elektromagnetischer Strahlung positiv aus, dass es, im Unterschied zu der Verwendung von Heizelementen wie beispielsweise Heizdrähten, hier nicht erforderlich ist, Objekte in den Belichtungsstrahlengang zu bringen, die zu einer Abschattung führen würden. In order to set a desired temperature distribution in the immersion medium in the region of the scan slot, the immersion medium can be heated tomographically, in particular shortly before it enters the region of the scan slot, by means of a scanning beam of heating radiation. Direct heating of the medium in the area of the scan slot is also conceivable. In those cases in which the wavelength used is in the infrared range, unwanted exposure of the photoresist used to pattern the wafer is avoided by the heating radiation in that the photoresist is virtually insensitive in this spectral range. In addition, the use of the immersion medium as directly adjacent to the wafer medium, a near-field wavefront correction possible. Here, moreover, the local heating by means of electromagnetic radiation has a positive effect that, in contrast to the use of heating elements such as heating wires, it is not necessary here to bring objects in the exposure beam path, which would lead to shading.

Zusätzlich oder alternativ kann die Flüssigkeitsschicht auch zwischen dem Reticle und dem ersten optischen Element des Projektionsobjektives gebildet sein. Ebenso ist es denkbar, dass die Flüssigkeitsschicht im Bereich einer Pupillenebene des Projektionsobjektives gebildet ist. Additionally or alternatively, the liquid layer may also be formed between the reticle and the first optical element of the projection objective. Likewise, it is conceivable that the liquid layer is formed in the region of a pupil plane of the projection objective.

Die Mittel zur Erzeugung einer bestimmten Temperaturverteilung können Laser, insbesondere Infrarot-Laser, beinhalten, wobei Mittel zur Ablenkung des von dem Laser emittierten Strahles vorhanden sind; insbesondere kann es sich bei den Mitteln zur Strahlablenkung um einen Spiegelgalvanometer handeln. The means for generating a specific temperature distribution can include lasers, in particular infrared lasers, wherein means for deflecting the beam emitted by the laser available; In particular, the means for beam deflection may be a mirror galvanometer.

Zusätzlich oder alternativ zu der Verwendung eines eng begrenzten, scannenden Laserstrahles können auch Mittel zur gleichzeitigen Erzeugung einer flächig ausgedehnten Intensitätsverteilung von Heizstrahlung vorhanden sein, welche beispielsweise einen Array von Lichtquellen sowie eine abbildende Optik umfassen können. Hier kann in vorteilhafter Weise ein Array von Infrarot-LED’s zur Anwendung kommen. In addition or as an alternative to the use of a narrowly limited, scanning laser beam, it is also possible to provide means for the simultaneous generation of an areally extended intensity distribution of heating radiation, which may include, for example, an array of light sources and an imaging optic. Here, an array of infrared LEDs can be used in an advantageous manner.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann ein optisches Element des Projektionsobjektives, insbesondere das letzte optische Element des Projektionsobjektives, ein Bestandteil der genannten abbildenden Optik sein und damit eine Doppelfunktion erfüllen. Grundsätzlich ist diese Möglichkeit auch bei der Verwendung eines scannenden Laserstrahls gegeben. In a further advantageous embodiment of the invention, an optical element of the projection lens, in particular the last optical element of the projection lens, be a component of said imaging optics and thus fulfill a dual function. In principle, this possibility is also given when using a scanning laser beam.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung exemplarisch erläutert. Es zeigen: The invention will be explained by way of example with reference to the drawing. Show it:

1 eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie, in welcher die Erfindung verwirklicht ist, 1 a projection exposure apparatus for semiconductor lithography, in which the invention is realized,

2 eine vergrößerte, schematische Darstellung des Bereiches der Projektionsbelichtungsanlage, in welchem das letzte optische Element der Projektionsbelichtungsanlage, der Wafer sowie die Immersionsflüssigkeit angeordnet sind; und 2 an enlarged, schematic representation of the area of the projection exposure apparatus, in which the last optical element of the projection exposure apparatus, the wafer and the immersion liquid are arranged; and

3 eine alternative Ausführungsform der Erfindung. 3 an alternative embodiment of the invention.

In 1 ist eine Projektionsbelichtungsanlage 1 für die Halbleiterlithographie, in welcher die Erfindung an drei Stellen verwirklicht ist, dargestellt. Die Projektionsbelichtungsanlage 1 dient zur Belichtung von Strukturen auf ein mit photosensitiven Materialien beschichtetes Substrat, welches im allgemeinen überwiegend aus Silizium besteht und als Wafer 15 bezeichnet wird, zur Herstellung von Halbleiterbauelementen, wie beispielsweise Computerchips. In 1 is a projection exposure machine 1 for semiconductor lithography, in which the invention is realized in three places. The projection exposure machine 1 is used for the exposure of structures on a substrate coated with photosensitive materials, which generally consists predominantly of silicon and as a wafer 15 is designated for the production of semiconductor devices, such as computer chips.

Die Projektionsbelichtungsanlage 1 besteht dabei im Wesentlichen aus einer Beleuchtungseinrichtung 6, einer Einrichtung 9 zur Aufnahme und exakten Positionierung einer mit einer Struktur versehenen Maske, einem sogenannten Reticle 3, durch welches die späteren Strukturen auf dem Wafer 15 bestimmt werden, einer Einrichtung 10 zur Halterung, Bewegung und exakten Positionierung eben dieses Wafers 15 und einer Abbildungseinrichtung, nämlich einem Projektionsobjektiv 2 mit mehreren optischen Elementen 21, 22, 23, die über Fassungen 24 in einem Objektivgehäuse 25 des Projektionsobjektives 2 gelagert sind. The projection exposure machine 1 consists essentially of a lighting device 6 , a facility 9 for receiving and exact positioning of a structured mask, a so-called reticle 3 through which the later structures on the wafer 15 be determined, a facility 10 for holding, moving and exact positioning of just this wafer 15 and an imaging device, namely a projection lens 2 with several optical elements 21 . 22 . 23 that about versions 24 in a lens housing 25 of the projection lens 2 are stored.

Das grundsätzliche Funktionsprinzip sieht dabei vor, dass die in das Reticle 3 eingebrachten Strukturen auf den Wafer 15 abgebildet werden; die Abbildung wird in der Regel verkleinernd ausgeführt. The basic principle of operation provides that in the reticle 3 introduced structures on the wafer 15 be imaged; the image is usually scaled down.

Nach einer erfolgten Belichtung wird der Wafer 15 in Pfeilrichtung weiterbewegt, sodass auf demselben Wafer 15 eine Vielzahl von einzelnen Feldern jeweils mit der durch das Reticle 3 vorgegebenen Struktur belichtet wird. Aufgrund der schrittweisen Vorschubbewegung des Wafers 15 in der Projektionsbelichtungsanlage 1 wird diese häufig auch als Stepper bezeichnet. Daneben haben auch sogenannte Scannersysteme Verbreitung gefunden, bei welchen das Reticle 3 während einer gemeinsamen Bewegung mit dem Wafer 15 scannend auf dem Wafer 15 abgebildet wird. After a successful exposure, the wafer becomes 15 in the direction of the arrow, so that on the same wafer 15 a variety of individual fields each with the through the reticle 3 given structure is exposed. Due to the incremental feed movement of the wafer 15 in the projection exposure machine 1 This is often referred to as a stepper. In addition, so-called scanner systems have found distribution in which the reticle 3 during a common movement with the wafer 15 scanning on the wafer 15 is shown.

Die Beleuchtungseinrichtung 6 stellt einen für die Abbildung des Reticles 3 auf dem Wafer 15 benötigten Projektionsstrahl 7, beispielsweise Licht oder eine ähnliche elektromagnetische Strahlung, bereit. Als Quelle für diese Strahlung kann ein Laser oder dergleichen Verwendung finden. Die Strahlung wird in der Beleuchtungseinrichtung 6 über optische Elemente so geformt, dass der Projektionsstrahl 7 beim Auftreffen auf das Reticle 3 die gewünschten Eigenschaften hinsichtlich Durchmesser, Polarisation, Form der Wellenfront und dergleichen aufweist. The lighting device 6 Represents one for the picture of the reticle 3 on the wafer 15 required projection beam 7 , for example, light or similar electromagnetic radiation ready. The source of this radiation may be a laser or the like. The radiation is in the lighting device 6 via optical elements shaped so that the projection beam 7 when hitting the reticle 3 has the desired properties in terms of diameter, polarization, wavefront shape and the like.

Über den Projektionsstrahl 7 wird ein Bild des Reticles 3 erzeugt und von dem Projektionsobjektiv 2 entsprechend verkleinert auf den Wafer 15 übertragen, wie bereits vorstehend erläutert wurde. Das Projektionsobjektiv 2 weist wie bereits erwähnt eine Vielzahl von einzelnen refraktiven, diffraktiven und/oder reflexiven optischen Elementen 21, 22, 23, wie beispielsweise Linsen, Spiegeln, Prismen, Abschlussplatten und dergleichen auf. Over the projection beam 7 becomes an image of the reticle 3 generated and from the projection lens 2 correspondingly reduced to the wafer 15 transferred, as already explained above. The projection lens 2 As already mentioned, a large number of individual refractive, diffractive and / or reflective optical elements 21 . 22 . 23 , such as lenses, mirrors, prisms, end plates and the like.

Wie ebenfalls bereits erwähnt sind in der 1 drei Positionen entlang des Verlaufes des Projektionsstrahls 7 dargestellt, an welchen sich erfindungsgemäße Anordnungen befinden. So ist zunächst zwischen der Aufnahme- und Positioniereinrichtung 9 für das Reticle 3 und dem ersten optischen Element 21 des Projektionsobjektives 2 eine strömende Flüssigkeitsschicht 51 angeordnet, welche sich zwischen den beiden planparallelen Platten 54 befindet; die Strömungsrichtung ist dabei durch den Pfeil angedeutet. Dabei wird die Strömung durch das mittels der Zuführeinrichtung 52 einströmende Medium, beispielsweise Wasser, realisiert, wobei das in den Bereich zwischen den planparallelen Platten 54 einströmende Medium durch den Ablauf 53 abströmen kann. Eine gewünschte Temperaturverteilung wird im gezeigten Beispiel durch den gelenkten, lediglich schematisch angedeuteten Laserstrahl erzeugt. As already mentioned in the 1 three positions along the course of the projection beam 7 represented, to which inventive arrangements are located. So is first between the recording and positioning 9 for the reticle 3 and the first optical element 21 of the projection lens 2 a flowing liquid layer 51 arranged, which is between the two plane-parallel plates 54 is; the flow direction is indicated by the arrow. The flow through the means of the feeder 52 inflowing medium, for example water, realized, which in the area between the plane-parallel plates 54 inflowing medium through the drain 53 can flow out. A desired temperature distribution is in the example shown by the steered, only schematically indicated laser beam generated.

Eine ähnliche Anordnung derartiger Mittel 5 zur Erzeugung eines Strömungsprofiles ist im Bereich der gestrichelt angedeuteten Pupillenebene PE dargestellt. A similar arrangement of such means 5 for generating a flow profile is shown in the region of the pupil plane PE indicated by dashed lines.

Weiterhin ist in der 1 derjenige Bereich der Projektionsbelichtungsanlage 1 dargestellt, in welchem das letzte optische Element 23 der Projektionsbelichtungsanlage, der Wafer 15 sowie die Immersionsflüssigkeit 51 angeordnet sind. Gut erkennbar in der 1 ist die aus der Immersionsflüssigkeit 51, beispielsweise Wasser, gebildete Schicht zwischen dem letzten optischen Element 23 des Projektionsobjektives 2 und dem zu belichtenden Wafer 15. Der Wafer 15 wird während des Scanvorganges durch die Waferstage als Einrichtung 10 zur Halterung, Bewegung und exakten Positionierung eben des Wafers 15 in Pfeilrichtung relativ zu dem letzten optischen Element 23 bewegt, wobei die Flüssigkeitsschicht 51 erhalten bleibt. Hierzu wird einerseits mittels der Zuführeinrichtung 52 stets Immersionsflüssigkeit 51 ergänzt, wobei andererseits mittels des Ablaufes 53 Immersionsflüssigkeit 51 abgeführt wird. Insgesamt stellt sich in der Schicht der Immersionsflüssigkeit 51 ein laminares Strömungsprofil mit definierten Eigenschaften ein. Durch die gute Beherrschung der Strömungsverhältnisse in der Flüssigkeitsschicht 51 ist es möglich, je nach gewünschter Korrekturwirkung ein Temperaturprofil in die Flüssigkeitsschicht 51 einzubringen und damit eine ortsaufgelöste Wellenfrontkorrektur feldnah zu erreichen. Insbesondere wird dadurch, dass aufgrund der Strömung der Immersionsflüssigkeit 51 die in einem Volumenelement befindliche Flüssigkeit kontinuierlich ausgetauscht wird, ein Zerfließen eines gewünschten Temperaturprofiles und damit ein Verlust der Korrekturwirkung vermieden. Im Wesentlichen besteht die Herausforderung darin, einerseits in dem gewünschten Volumenelement die Flüssigkeit zur Erzielung einer Korrekturwirkung ausreichend zu erwärmen, andererseits jedoch die Flüssigkeit pro Volumenelement schnell genug auszutauschen, um einen Verlust der Korrekturwirkung aufgrund der Wärmeleitung und der damit einhergehenden Homogenisierung des Temperaturprofils in der Immersionsflüssigkeitsschicht zu vermeiden. Furthermore, in the 1 the area of the projection exposure apparatus 1 represented in which the last optical element 23 the projection exposure machine, the wafer 15 as well as the immersion liquid 51 are arranged. Well recognizable in the 1 is the one from the immersion liquid 51 , For example, water, formed layer between the last optical element 23 of the projection lens 2 and the wafer to be exposed 15 , The wafer 15 is during the scanning process through the wafer stage as a device 10 for holding, moving and exact positioning of the wafer 15 in the direction of the arrow relative to the last optical element 23 moves, with the liquid layer 51 preserved. For this purpose, on the one hand by means of the feeder 52 always immersion liquid 51 complemented, on the other hand, by means of the procedure 53 Immersion liquid 51 is dissipated. Overall, in the layer of immersion liquid 51 a laminar flow profile with defined properties. Due to the good command of the flow conditions in the liquid layer 51 It is possible, depending on the desired correction effect, a temperature profile in the liquid layer 51 bring in and thus reach a spatially resolved wavefront correction near field. In particular, this is due to the fact that due to the flow of the immersion liquid 51 the liquid contained in a volume element is continuously exchanged, a flow of a desired temperature profile and thus a loss of the correction effect avoided. Essentially, the challenge is to sufficiently heat the liquid in the desired volume element to achieve a corrective effect, but to exchange the liquid per volume element fast enough to avoid loss of the correction effect due to heat conduction and concomitant homogenization of the temperature profile in the immersion liquid layer to avoid.

Nachfolgend sollen anhand 2 exemplarisch zwei Möglichkeiten an Mitteln 4 zur Erzeugung einer gewünschten Temperaturverteilung in der Immersionsflüssigkeitsschicht 51 erläutert werden. Hierzu sind in der 2 zwei Laser 41, 41‘ als Lichtquellen für Heizstrahlung 26, 26‘ dargestellt, deren emittierte Strahlung, beispielsweise IR-Strahlung, jeweils zunächst in einen in der 2 schematisch gezeigten Spiegelgalvanometer 43, 43‘ eingekoppelt wird. Nachfolgend wird die Heizstrahlung 26 mittels des Spiegelgalvanometers 43 in Abstimmung mit dem Scanvorgang und entsprechend des gewünschten Heizprofiles geeignet durch Mittel zur Strahlablenkung 23 abgelenkt. Dabei durchtritt die aus der ersten Lichtquelle emittierte Strahlung nach dem Passieren des Spiegelgalvanometers 43 das letzte optische Element 23 des Projektionsobjektives, welches somit ebenfalls einen Beitrag zur Strahlablenkung bzw. auch zur Strahlformung leistet, und erreicht erst dann die Immersionsflüssigkeitsschicht 51. Die aus der zweiten Lichtquelle 41‘ emittierte Strahlung 26‘ erreicht nach ihrer Ablenkung durch das Spiegelgalvanometer 43‘ unmittelbar die Immersionsflüssigkeitsschicht 51. Selbstverständlich kann auch nur eine der gezeigten Anordnungen zur Emission und Ablenkung der Heizstrahlung zur Anwendung kommen. Anstatt der in 2 angesprochenen Spiegelgalvanometer 43, 43‘ können selbstverständlich auch andere Vorrichtungen zur Strahlablenkung verwendet werden. Below are based on 2 exemplarily two possibilities of means 4 to produce a desired temperature distribution in the immersion liquid layer 51 be explained. These are in the 2 two lasers 41 . 41 ' as light sources for radiant heat 26 . 26 ' represented, the emitted radiation, for example, IR radiation, each first in one in the 2 schematically shown galvanometer 43 . 43 ' is coupled. Subsequently, the heating radiation 26 by means of the mirror galvanometer 43 in accordance with the scanning process and according to the desired Heizprofiles suitable by means for beam deflection 23 distracted. In this case, the radiation emitted from the first light source passes after passing through the mirror galvanometer 43 the last optical element 23 of the projection objective, which thus likewise makes a contribution to the beam deflection or also to beam shaping, and only then reaches the immersion liquid layer 51 , The from the second light source 41 ' emitted radiation 26 ' reached after being deflected by the mirror galvanometer 43 ' immediately the immersion liquid layer 51 , Of course, only one of the arrangements shown for the emission and deflection of the heating radiation can be used. Instead of in 2 addressed mirror galvanometer 43 . 43 ' Of course, other devices for beam deflection can be used.

In 3 ist eine Variante der Erfindung gezeigt, bei welcher im Bereich der Immersionsflüssigkeitsschicht 51 zu einem Zeitpunkt eine flächig ausgedehnte Intensitätsverteilung von Heizstrahlung erzeugt wird. Hierbei kommen Mittel 8 zur gleichzeitigen Erzeugung einer flächig ausgedehnten Intensitätsverteilung von Heizstrahlung zum Einsatz. In 3 a variant of the invention is shown in which in the region of the immersion liquid layer 51 At one time an areal extensive intensity distribution of heating radiation is generated. Here come funds 8th for the simultaneous generation of a flat extended intensity distribution of heating radiation used.

Es kommen also im Unterschied zu der in 2 gezeigten Lösung folglich keine scannenden Heizstrahlen mit vergleichsweise kleinem Querschnitt zur Anwendung, sondern die gewünschte Temperaturverteilung in der Immersionsflüssigkeitsschicht 51 wird dadurch erreicht, dass zunächst mittels einer geeigneten Treiberschaltung ein bestimmtes Muster in einem LED-Array 81, beispielsweise unter Verwendung von Infrarot-LED’s, erzeugt wird. Die emittierte Strahlung wird mittels einer abbildenden Optik 82 in Gestalt einer Linse 83 auf einen Spiegel 84 gelenkt und nachfolgend durch das letzte optische Element 23 des Projektionsobjektives 2 hindurch in die Immersionsflüssigkeitsschicht 51 eingeleitet, wo sie in Abhängigkeit der Ansteuerung der einzelnen LED’s des LED-Arrays 81 ein bestimmtes flächiges Intensitätsprofil erzeugt. Hierdurch wird das letzte optische Element 23 des Projektionsobjektives 2 Bestandteil der Optik, welche das LED-Array 81 in die Immersionsflüssigkeitsschicht 51 abbildet. Selbstverständlich kann anstelle des LED-Arrays 81 auch ein mittels einer konventionellen bzw. thermischen Strahlungsquelle beleuchteter Mikrospiegelarray verwendet werden. Die in Figur 3 gezeigte Variante zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass insgesamt mehr Leistung zur ortsaufgelösten thermischen Beeinflussung der Immersionsflüssigkeitsschicht 51 zur Verfügung steht und – im Falle der Verwendung eines LED-Arrays 81 – auf die Verwendung mechanisch bewegter Teile praktisch vollständig verzichtet werden kann. So it comes in contrast to the in 2 Consequently, no scanning heating rays with a comparatively small cross section are used for the solution shown, but the desired temperature distribution in the immersion liquid layer 51 is achieved by first using a suitable driver circuit, a specific pattern in an LED array 81 , for example, using infrared LEDs, is generated. The emitted radiation is by means of an imaging optics 82 in the form of a lens 83 on a mirror 84 steered and subsequently through the last optical element 23 of the projection lens 2 through into the immersion liquid layer 51 initiated, where they depend on the control of the individual LEDs of the LED array 81 generates a certain area intensity profile. This will be the last optical element 23 of the projection lens 2 Part of the optics, which the LED array 81 into the immersion liquid layer 51 maps. Of course, instead of the LED array 81 a micromirror array illuminated by means of a conventional or thermal radiation source may also be used. The variant shown in FIG. 3 is characterized in particular by the fact that, overall, more power is available for spatially resolved thermal influencing of the immersion liquid layer 51 is available and - in the case of using an LED array 81 - Can be dispensed with the use of mechanically moving parts practically completely.

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1: Projektionsbelichtungsanlage Projection exposure system
2 2: Projektionsobjektiv projection lens
21 21: erstes optisches Element des Projektionsobjektives first optical element of the projection lens
22 22: optisches Element des Projektionsobjektives optical element of the projection lens
23 23: letztes optisches Element des Projektionsobjektives last optical element of the projection lens
24 24: Fassung version
25 25: Objektivgehäuse lens housing
3 3: Reticle, Maske Reticle, mask
4 4: Mittel zur Erzeugung einer bestimmten Temperaturverteilung Means for generating a specific temperature distribution
41, 41‘41, 41 ': Laser laser
43, 43‘43, 43 ': Mittel zur Strahlablenkung, Spiegelgalvanometer Means for beam deflection, mirror galvanometer
5 5: Mittel zur Erzeugung eines Strömungsprofiles Means for generating a flow profile
51 51: Flüssigkeitsschicht; Immersionsflüssigkeit Liquid layer; Immersion liquid
52 52: Zuführeinrichtung feeding
53 53: Ablauf procedure
54 54: Platten plates
6 6: Beleuchtungseinrichtung lighting device
7 7: Projektionsstrahl projection beam
8 8th: Mittel zur gleichzeitigen Erzeugung einer flächig ausgedehnten Intensitätsverteilung von HeizstrahlungMeans for the simultaneous generation of a flat extended intensity distribution of heating radiation
81 81: Array von Lichtquellen; LED-Array Array of light sources; LED array
82 82: abbildende Optik imaging optics
83 83: Linse lens
84 84: Spiegel mirror
9 9: Aufnahme- und Positioniereinrichtung für Reticle Recording and positioning device for reticle
10 10: Aufnahme- und Positioniereinrichtung für Wafer Recording and positioning device for wafers
15 15: Wafer wafer
PE PE: Pupillenebene pupil plane

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 7817249 B2 [0003]
WO 2007/017089 A1 [0004]
WO 2009/026970 A1 [0005]
WO 2008/122410 A2 [0006]

Claims

Projection exposure apparatus ( 1 ) for semiconductor lithography, comprising - a projection objective ( 2 ) for imaging a reticle ( 3 ) on a wafer ( 15 ) - a liquid layer ( 51 ), which in the path of the optical radiation used for imaging ( 7 ) and means ( 4 ) for generating a specific temperature distribution in the liquid layer ( 51 ) - whereby the funds ( 4 ) are suitable for generating a specific temperature distribution, to introduce electromagnetic heating radiation into the liquid layer, characterized in that in addition means ( 5 ) are present for generating a flow profile in the liquid layer.

Projection exposure apparatus according to claim 1, characterized in that the means ( 5 ) for generating a flow profile in the liquid layer, a feed device ( 52 ) for liquid and a drain ( 53 ).

Projection exposure apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the liquid layer ( 51 ) by a between the wafer ( 15 ) and the last optical element ( 23 ) of the projection objective ( 2 ) arranged immersion liquid is formed.

Projection exposure apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the liquid layer ( 51 ) between the reticle ( 3 ) and the first optical element ( 21 ) of the projection objective ( 2 ) is formed.

Projection exposure apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the liquid layer ( 51 ) in the region of a pupil plane (PE) of the projection objective ( 2 ) is formed.

Projection exposure apparatus according to one of the preceding claims, characterized in that the means ( 4 ) for generating a specific temperature distribution laser ( 41 . 41 ' ), in particular infrared lasers.

Projection exposure apparatus according to claim 6, characterized in that means ( 43 . 43 ' ) for deflecting the laser ( 41 ) emitted beam are present.

Projection exposure apparatus according to claim 7, characterized in that the means for beam deflection are a mirror galvanometer ( 43 ).

Projection exposure apparatus according to one of claims 1 to 5, characterized in that means ( 8th ) are present for the simultaneous generation of a flat extended intensity distribution of heating radiation.

Projection exposure apparatus according to claim 9, characterized in that the means ( 8th ) an array of light sources () for generating the areally extended intensity distribution ( 81 ) as well as an imaging optic ( 82 ).

Projection exposure apparatus according to claim 10, characterized in that an optical element ( 21 . 22 . 23 ) of the projection objective, in particular the last optical element ( 23 ) of the projection lens, a component of the imaging optics ( 82 ).

Projection exposure apparatus according to one of Claims 10 or 11, characterized in that the array of light sources ( 81 ) is an array of infrared LEDs.