DE102017201374A1 - Detector arrangement and method for determining the intensity of electromagnetic radiation in an optical system - Google Patents

Detector arrangement and method for determining the intensity of electromagnetic radiation in an optical system Download PDF

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Stefan-Wolfgang Schmidt
Moritz Becker
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Detektoranordnung und ein Verfahren zur Bestimmung der Intensität elektromagnetischer Strahlung in einem optischen System, insbesondere einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, wobei die elektromagnetische Strahlung eine Wellenlänge von weniger als 30nm aufweist, und wobei die Detektoranordnung (200) dazu konfiguriert ist, eine Intensitätsmessung basierend auf einer Wechselwirkung der elektromagnetischen Strahlung mit einem Gas vorzunehmen.The invention relates to a detector arrangement and a method for determining the intensity of electromagnetic radiation in an optical system, in particular a microlithographic projection exposure apparatus, wherein the electromagnetic radiation has a wavelength of less than 30 nm, and wherein the detector arrangement (200) is configured based on an intensity measurement to make an interaction of the electromagnetic radiation with a gas.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG BACKGROUND OF THE INVENTION

Gebiet der Erfindung Field of the invention

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Detektoranordnung und ein Verfahren zur Bestimmung der Intensität elektromagnetischer Strahlung in einem optischen System, insbesondere einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage. The present invention relates to a detector arrangement and a method for determining the intensity of electromagnetic radiation in an optical system, in particular a microlithographic projection exposure apparatus.

Stand der Technik State of the art

Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise oder LCDs, 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 here 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.

Im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage besteht dabei der Bedarf nach einer regelmäßigen Überwachung der Intensität der Beleuchtungsstrahlung, um z.B. die Dosis, mit welcher der Wafer belichtet wird, trotz gegebenenfalls auftretender Transmissionsänderungen innerhalb der Projektionsbelichtungsanlage und/oder gegebenenfalls auftretender Schwankungen der Leistung der die in die Beleuchtungseinrichtung der Projektionsbelichtungsanlage eintretende Beleuchtungsstrahlung erzeugenden Lichtquelle mit möglichst hoher Genauigkeit konstant halten zu können. In the operation of the projection exposure apparatus there is a need for regular monitoring of the intensity of the illumination radiation, e.g. the dose with which the wafer is exposed, despite possibly occurring changes in the transmission within the projection exposure system and / or possibly occurring fluctuations in the power of the light source in the illumination device of the projection exposure system generating illumination radiation generating light source to keep constant with the highest possible accuracy.

Zur Intensitätsmessung in einer Projektionsbelichtungsanlage ist der Einsatz von Festkörperdetektoren bekannt. Hierbei tritt insbesondere in für den EUV-Betrieb ausgelegten Systemen das Problem auf, dass die verwendeten Festkörperdetektoren bzw. Sensoren unerwünschte Alterungseffekte zeigen, welche auf eine durch Einwirkung der elektromagnetischen Strahlung bewirkte Degradation von Sensorflächen sowie ggf. auch auf Kontaminationseffekte zurückzuführen ist. Diese Alterungseffekte können über die Betriebsdauer des jeweiligen Systems zu einer Änderung der Empfindlichkeit und insbesondere zu einer Abnahme der Messgenauigkeit bis hin zu einem Ausfall des Detektors führen, was wiederum eine Fehlinterpretation des Zustandes der Projektionsbelichtungsanlage und damit ggf. wiederum eine nicht optimale Ansteuerung der EUV-Lichtquelle (z.B. Plasmalichtquelle) zur Folge haben kann. For intensity measurement in a projection exposure apparatus, the use of solid state detectors is known. In this case, in particular in systems designed for EUV operation, the problem arises that the solid-state detectors or sensors used show undesirable aging effects, which can be attributed to a degradation of sensor surfaces caused by the action of the electromagnetic radiation and possibly also to contamination effects. Over the service life of the respective system, these aging effects can lead to a change in the sensitivity and, in particular, to a decrease in the measurement accuracy up to a failure of the detector, which in turn leads to a misinterpretation of the state of the projection exposure apparatus and thus possibly a non-optimal control of the EUV. Light source (eg plasma light source) may result.

Zum Stand der Technik wird lediglich beispielhaft auf DE 10 2014 219 649 A1 verwiesen. The prior art is merely an example DE 10 2014 219 649 A1 directed.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG SUMMARY OF THE INVENTION

Vor dem obigen Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Detektoranordnung und ein Verfahren zur Bestimmung der Intensität elektromagnetischer Strahlung in einem optischen System bereitzustellen, welche eine Überwachung der Intensität der Beleuchtungsstrahlung bzw. eine Dosiskontrolle der Waferbelichtung unter Vermeidung der vorstehend beschriebenen Probleme ermöglicht. Against the above background, it is an object of the present invention to provide a detector assembly and method for determining the intensity of electromagnetic radiation in an optical system that enables monitoring of the intensity of the illumination radiation or dose control of the wafer exposure while avoiding the problems described above.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. This object is achieved according to the features of the independent claims.

Die Erfindung betrifft eine Detektoranordnung zur Bestimmung der Intensität elektromagnetischer Strahlung in einem optischen System, wobei die elektromagnetische Strahlung eine Wellenlänge von weniger als 30nm aufweist. Die Detektoranordnung ist dazu konfiguriert, eine Bestimmung der Intensität basierend auf einer Wechselwirkung der elektromagnetischen Strahlung mit einem Gas vorzunehmen. The invention relates to a detector arrangement for determining the intensity of electromagnetic radiation in an optical system, wherein the electromagnetic radiation has a wavelength of less than 30 nm. The detector assembly is configured to make a determination of the intensity based on an interaction of the electromagnetic radiation with a gas.

Der vorliegenden Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, eine Intensitätsbestimmung elektromagnetischer Strahlung in EUV-Bereich auf Basis der Wechselwirkung dieser elektromagnetischen Strahlung mit einem kontinuierlich erneuerbaren gasförmigen Medium zu realisieren. Durch die erfindungsgemäße, auf der Wechselwirkung mit einem Gas beruhende Intensitätsbestimmung wird insbesondere eine hinsichtlich der Komponenten der Detektoranordnung berührungslose Messung realisiert, wobei infolge eines kontinuierlichen Austauschs und damit einer Erneuerung des gasförmigen Mediums die eingangs beschriebenen, bei herkömmlichen Festkörperdetektoren auftretenden Alterungseffekte vermieden werden können. The present invention is based in particular on the concept of realizing an intensity determination of electromagnetic radiation in the EUV range on the basis of the interaction of this electromagnetic radiation with a continuously renewable gaseous medium. The intensity determination based on the interaction with a gas according to the invention realizes, in particular, a non-contact measurement with respect to the components of the detector arrangement, the aging effects occurring in the case of conventional solid state detectors being avoided as a result of a continuous exchange and thus renewal of the gaseous medium.

Dabei kann insbesondere ein Gas mit gleicher chemischer Zusammensetzung wie ein im optischen System ohnehin vorhandenes (z.B. als Spülgas eingesetztes) Gas genutzt werden, so dass grundsätzlich kein Erfordernis nach Einbringung zusätzlicher chemischer Elemente in das System besteht. Die Erfindung ist jedoch hierauf nicht beschränkt, so dass in weiteren Ausführungsformen auch gezielt andere Gase der Wechselwirkung mit der EUV-Strahlung ausgesetzt werden können, um z.B. den unterschiedlichen Ionisierungseffekt verschiedener Gase gezielt zu nutzen. In particular, a gas having the same chemical composition as a gas present in any case in the optical system (eg used as purge gas) can be used, so that in principle there is no need to introduce additional chemical elements into the system. However, the invention is not limited thereto, so that in other embodiments specifically other gases of the interaction with the EUV radiation can be exposed, for example, to use the different ionization effect of different gases targeted.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass ein Hinein- bzw. Herausfahren zusätzlicher Komponenten in den optischen Strahlengang während der Intensitätsmessung entbehrlich ist, so dass der normale Beleuchtungsvorgang bzw. der Lithographiebetrieb bei Realisierung in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage nicht behindert wird. Ferner muss auch keine elektromagnetische Strahlung ausgekoppelt werden, so dass keine unerwünschte Verminderung der Gesamttransmission durch das optische System stattfindet. Another essential advantage of the invention is that it is not necessary to move in or out additional components in the optical beam path during the intensity measurement, so that the normal illumination process or the lithography operation is not hindered when realized in a microlithographic projection exposure apparatus. Furthermore, no electromagnetic radiation needs to be coupled out so that there is no undesirable reduction in the total transmission through the optical system.

Die Intensität der in Wechselwirkung mit dem Gas tretenden EUV-Strahlung kann nun erfindungsgemäß insbesondere dadurch bestimmt werden, dass diese EUV-Strahlung durch eine mit dem betreffenden Gas gespülte und als Hohlraumresonator dienende Kammer geführt wird, in welcher eine (ggf. permanente) Gasanregung durch ein Mikrowellenfeld erfolgt. Die Erfindung macht sich hierbei den Effekt zunutze, dass in der erfindungsgemäßen Detektoranordnung bei Durchtritt der EUV-Strahlung durch die Kammer und die in der Kammer erfolgende Wechselwirkung mit dem dort vorhandenen Gas zusätzliche freie Ladungsträger (im Vergleich zu einem Zustand ohne Strahlungsdurchtritt bzw. bei ausgeschalteter EUV-Lichtquelle) produziert werden und somit eine Verschiebung der Anregungsfrequenz des Gases stattfindet. Insbesondere führt die Wechselwirkung der EUV-Strahlung mit einem in der erfindungsgemäßen Kammer befindlichen Gas zu einer Plasmazündung, welche bei vorhandener Gasanregung durch z.B. Mikrowellen wie im Weiteren noch näher erläutert eine Resonanzfrequenzverschiebung zur Folge hat. According to the invention, the intensity of the EUV radiation interacting with the gas can now be determined, in particular, by passing this EUV radiation through a chamber which is purged with the relevant gas and serves as a cavity resonator, in which a (possibly permanent) gas excitation a microwave field takes place. The invention makes use of the effect here that in the detector arrangement according to the invention upon passage of the EUV radiation through the chamber and the interaction taking place in the chamber with the gas present there, additional free charge carriers (compared to a state without radiation passage or switched off EUV light source) are produced and thus a shift of the excitation frequency of the gas takes place. In particular, the interaction of the EUV radiation with a gas in the chamber of the invention results in plasma ignition, which occurs when gas excitation is present, e.g. As further explained in more detail below, microwaves result in a resonance frequency shift.

Bei dem Gas kann es sich insbesondere um Wasserstoff, Stickstoff, Helium oder ein anderes (vorzugsweise inertes) Gas handeln. In Ausführungsformen können auch unterschiedliche Gase in der Kammer einer Wechselwirkung mit der elektromagnetischen Strahlung ausgesetzt werden The gas may in particular be hydrogen, nitrogen, helium or another (preferably inert) gas. In embodiments, different gases in the chamber may also be exposed to interaction with the electromagnetic radiation

Die vorstehend beschriebene Plasmazündung durch die EUV-Strahlung führt somit zu einer Verschiebung der Resonanzfrequenz innerhalb des durch die erfindungsgemäße Kammer gebildeten Hohlraumresonators, wobei aus dieser Resonanzfrequenzverschiebung wiederum die Elektronendichte und damit die hierzu proportionale Intensität der EUV-Strahlung berechnet werden kann. The above-described plasma ignition by the EUV radiation thus leads to a shift in the resonant frequency within the cavity formed by the chamber according to the invention, from this resonant frequency shift turn the electron density and thus the proportional thereto intensity of EUV radiation can be calculated.

Hinsichtlich der Platzierung der erfindungsgemäßen Detektoranordnung im optischen System sind grundsätzlich Positionen vorteilhaft, an denen die hinsichtlich ihrer Intensität zu messende elektromagnetische Strahlung vergleichsweise stark fokussiert ist bzw. einen möglichst kleinen Strahldurchmesser aufweist. Eine solche Anordnung hat den Vorteil, dass die zur Ermöglichung des Strahldurchtritts durch die erfindungsgemäße Detektoranordnung erforderlichen Öffnungen ebenfalls vergleichsweise klein ausgebildet sein können, so dass ein durch solche Öffnungen stattfindender Gasaustritt aus der Kammer in den umgebenden Innenraum des optischen Systems wie z.B. der mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage minimiert wird. Mit anderen Worten können die zur Ermöglichung des Strahldurchtritts durch die erfindungsgemäße Detektoranordnung erforderlichen Öffnungen gerade so groß ausgestaltet werden, dass sie den Strahldurchtritt nicht behindern. With regard to the placement of the detector arrangement according to the invention in the optical system, positions are generally advantageous in which the electromagnetic radiation to be measured with respect to its intensity is comparatively strongly focused or has the smallest possible beam diameter. Such an arrangement has the advantage that the openings required to allow the passage of the beam through the detector arrangement according to the invention can also be made comparatively small so that a gas exit through such openings from the chamber into the surrounding interior of the optical system, e.g. the microlithographic projection exposure system is minimized. In other words, the openings required to allow the passage of the beam through the detector arrangement according to the invention can be made just large enough that they do not obstruct the beam passage.

Eine beispielhafte, unter dem vorstehenden Gesichtspunkt geeignete Position ist insbesondere der sogenannte Zwischenfokus (IF), über den das in einer EUV-Lichtquelle erzeugte EUV-Licht in die Beleuchtungseinrichtung einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage eintritt. An exemplary position suitable from the above point of view is, in particular, the so-called intermediate focus (IF), via which the EUV light generated in an EUV light source enters the illumination device of a microlithographic projection exposure apparatus.

Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. In weiteren Ausführungsformen kann sich die erfindungsgemäße Detektoranordnung bei Realisierung in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage alternativ oder zusätzlich auch an anderen Positionen in der Beleuchtungseinrichtung oder im Projektionsobjektiv befinden. Eine geeignete Position ist z.B. der Bereich einer Spiegelöffnung eines Objektivspiegels, wie sie lediglich beispielhaft in hochaperturigen Systemen etwa am bildebenenseitig letzten Spiegel vorhanden sein kann und wo dann typischerweise ebenfalls eine vergleichsweise ausgeprägte Engstelle bzw. „Einschnürung“ der elektromagnetischen Strahlung vorliegt. However, the invention is not limited thereto. In further embodiments, the detector arrangement according to the invention may be alternatively or additionally also located at other positions in the illumination device or in the projection objective when implemented in a microlithographic projection exposure apparatus. A suitable position is e.g. the area of a mirror opening of an objective mirror, as may be present only in high-aperture systems, for example, at the image plane side last mirror and where then typically also a comparatively pronounced bottleneck or "constriction" of the electromagnetic radiation is present.

In Ausführungsformen der Erfindung ist die wenigstens eine Detektoranordnung an einem Wafertisch („Waferstage“) angeordnet. In embodiments of the invention, the at least one detector arrangement is arranged on a wafer stage ("wafer stage").

In Ausführungsformen können auch mehrere erfindungsgemäße Detektoranordnungen an unterschiedlichen Positionen im optischen System bzw. der Projektionsbelichtungsanlage vorhanden sein, um die absolute Gesamttransmission durch das optische System hindurch zu ermitteln. In embodiments, a plurality of detector arrangements according to the invention may also be present at different positions in the optical system or the projection exposure apparatus in order to determine the absolute total transmission through the optical system.

Gemäß einer Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Detektoranordnung wenigstens eine Blende mit an den Strahlquerschnitt der durch die Detektoranordnung hindurchtretenden Strahlung angepasster Geometrie auf. Hierdurch kann eine weiter verbesserte „Einhausung“ des verwendeten Gases erreicht werden, indem möglichst nur der Strahldurchtritt ermöglicht, ein durch die Öffnungen stattfindender Gasaustritt aus der Kammer in den umgebenden Innenraum des optischen Systems durch Unterdrückung des Gasdruckes aber minimiert wird. Lediglich beispielhaft können derartige Blenden je nach Form des „einzuhausenden“ Strahlquerschnitts auch eine kegelabschnittsförmige Geometrie aufweisen. According to one embodiment, the detector arrangement according to the invention has at least one diaphragm with geometry adapted to the beam cross section of the radiation passing through the detector arrangement. In this way, a further improved "containment" of the gas used can be achieved by allowing only the passage of the jet as far as possible, but a gas exit through the openings from the chamber into the surrounding interior of the optical system is suppressed by suppressing the gas pressure. For example only, such diaphragms can also have a cone-shaped geometry, depending on the shape of the beam cross section to be "incorporated".

Die Erfindung betrifft weiter eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage sowie ein Verfahren zur Bestimmung der Intensität elektromagnetischer Strahlung in einem optischen System. The invention further relates to a microlithographic projection exposure apparatus and to a method for determining the intensity of electromagnetic radiation in an optical system.

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 ZEICHNUNGEN BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Es zeigen: Show it:

1a–b schematische Darstellungen zur Erläuterung eines möglichen Aufbaus einer beispielhaften für den Betrieb im EUV ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage, in welcher die vorliegende Erfindung realisierbar ist; 1a -B are schematic illustrations for explaining a possible structure of an exemplary projection exposure apparatus designed for operation in the EUV, in which the present invention can be implemented;

2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines möglichen Aufbaus sowie des Funktionsprinzips einer Detektoranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und 2 a schematic representation for explaining a possible structure and the principle of operation of a detector arrangement according to an embodiment of the present invention; and

3 ein Diagramm zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Messprinzips. 3 a diagram illustrating the measuring principle of the invention.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN DETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS

1a zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften für den Betrieb im EUV ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage, in welcher die vorliegende Erfindung realisierbar ist. 1a shows a schematic representation of an exemplary designed for operation in the EUV projection exposure equipment in which the present invention is feasible.

Gemäß 1a weist eine Beleuchtungseinrichtung 101 in einer für EUV ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage 100 insbesondere einen facettierten Spiegel 110 (mit Facetten 111) und einen facettierten Spiegel 120 (mit Facetten 121) auf. Auf den facettierten Spiegel 110 wird das Licht einer Lichtquelleneinheit 105, welche eine Plasmalichtquelle 106 und einen Kollektorspiegel 107 umfasst, gelenkt. Die Spiegelelemente bzw. Facetten 111 des facettierten Spiegels 110 sind unabhängig voneinander verstellbar, wodurch sich unterschiedliche Beleuchtungswinkelverteilungen auf einer in der Objektebene OP des Projektionsobjektivs 100 angeordneten Maske M realisieren lassen. Im Lichtweg nach dem facettierten Spiegel 120 sind ein erster Teleskopspiegel 131 und ein zweiter Teleskopspiegel 132 angeordnet. Im Lichtweg nachfolgend ist ein Umlenkspiegel 140 angeordnet, der die auf ihn auftreffende Strahlung auf ein Objektfeld 145 in der Objektebene OP eines sechs Spiegel M1–M6 umfassenden Projektionsobjektivs 150 lenkt. Am Ort des Objektfeldes 145 ist eine reflektive strukturtragende Maske M angeordnet, die mit Hilfe des Projektionsobjektivs 150 in eine Bildebene IP abgebildet wird. According to 1a has a lighting device 101 in a projection exposure system designed for EUV 100 especially a faceted mirror 110 (with facets 111 ) and a faceted mirror 120 (with facets 121 ) on. On the faceted mirror 110 becomes the light of a light source unit 105 , which is a plasma light source 106 and a collector mirror 107 includes, steered. The mirror elements or facets 111 the faceted mirror 110 are independently adjustable, resulting in different illumination angle distributions on one in the object plane OP of the projection lens 100 let arranged mask M realize. In the light path after the faceted mirror 120 are a first telescope mirror 131 and a second telescope mirror 132 arranged. In the light path below is a deflection mirror 140 arranged, the radiation impinging on him on an object field 145 in the object plane OP of a six-mirror M1-M6 projection lens 150 directs. At the place of the object field 145 is a reflective structure-bearing mask M arranged using the projection lens 150 is mapped into an image plane IP.

Die Erfindung ist nicht auf den in 1a gezeigten konkreten Aufbau beschränkt, sondern grundsätzlich in einer Projektionsbelichtungsanlage beliebigen Aufbaus realisierbar. The invention is not on the in 1a limited shown concrete construction, but in principle in a projection exposure system of any structure feasible.

1b zeigt zur Erläuterung einer Ausführungsform der Erfindung eine lediglich schematische, stark vereinfachte Darstellung eines Ausschnitts der Beleuchtungseinrichtung 101, wobei hier der Einfachheit halber nur einige der Komponenten dargestellt sind. Gemäß 1b trifft die EUV-Strahlung der Lichtquelle 105 über einen Zwischenfokus IF auf den facettierten Spiegel 110 sowie den in Lichtausbreitungsrichtung nachfolgenden facettierten Spiegel 120, von welchem das Beleuchtungslicht schließlich auf die strukturtragende Maske M trifft. 1b to illustrate an embodiment of the invention is a merely schematic, greatly simplified representation of a section of the illumination device 101 , wherein for the sake of simplicity, only some of the components are shown here. According to 1b meets the EUV radiation of the light source 105 via an intermediate focus IF on the faceted mirror 110 and the subsequent in the light propagation direction faceted mirror 120 of which the illumination light finally hits the structure-bearing mask M.

2 zeigt in lediglich schematischer Darstellung den möglichen Aufbau einer erfindungsgemäßen Detektoranordnung in einer Ausführungsform. 2 shows in a merely schematic representation of the possible structure of a detector arrangement according to the invention in one embodiment.

Gemäß 2 weist die Detektoranordnung 200 eine Kammer 210 sowie eine Mikrowellenquelle in Form von in die Kammer 210 hineinragenden Mikrowellenantennen 214 auf, so dass durch die Kammer 210 ein Mikrowellenresonator gebildet wird. In der Kammer 210 befindet sich ein durch die Mikrowellenstrahlung anregbares Gas (z.B. Wasserstoff, Stickstoff oder Helium), welches über einen Gaseinlass 213 zugeführt bzw. kontinuierlich erneuert wird. According to 2 has the detector arrangement 200 a chamber 210 and a microwave source in the form of into the chamber 210 protruding microwave antennas 214 on, so through the chamber 210 a microwave resonator is formed. In the chamber 210 there is a gas which can be excited by the microwave radiation (eg hydrogen, nitrogen or helium), which is supplied via a gas inlet 213 supplied or renewed continuously.

Wie ebenfalls aus 2 ersichtlich ist, weist die Detektoranordnung 200 ferner einen Strahleinlass 211 und einen Strahlauslass 212 für elektromagnetische Strahlung 220 auf, bei der es sich insbesondere um EUV-Strahlung mit einer Wellenlänge von weniger als 30nm, weiter insbesondere mit einer Wellenlänge von weniger als 15nm, handeln kann. Mit „215“ sind – wie durch Doppelpfeile angedeutet bewegliche – Mikrowellensonden bezeichnet. Like also out 2 can be seen, the detector arrangement 200 further a jet inlet 211 and a jet outlet 212 for electromagnetic radiation 220 which may in particular be EUV radiation having a wavelength of less than 30 nm, more particularly a wavelength of less than 15 nm. With " 215 "Are - as indicated by double arrows moving - called microwave probes.

Vorzugsweise ist die Detektoranordnung 200 an einer Position im optischen System angeordnet, an welcher die betreffende elektromagnetische Strahlung bzw. EUV-Strahlung stark fokussiert ist und somit einen vergleichsweise geringen Strahldurchmesser aufweist, so dass auch die den Strahleinlass 211 bzw. Strahlauslass 212 bildenden Öffnungen entsprechend klein ausgebildet werden können und ein unerwünschter Austritt des Gases durch diese Öffnungen in den außerhalb der Kammer 210 liegenden Bereich innerhalb des optischen Systems minimiert werden kann. Preferably, the detector arrangement is 200 arranged at a position in the optical system, to which the relevant electromagnetic radiation or EUV radiation is strongly focused and thus has a comparatively small beam diameter, so that the beam inlet 211 or jet outlet 212 forming openings can be made correspondingly small and an undesirable escape of the gas through these openings in the outside of the chamber 210 lying within the optical system can be minimized.

Im Bereich des Strahleinlasses 211 und des Strahlauslasses 212 ist gemäß 2 jeweils eine Blende 211a bzw. 212a mit an den Strahlquerschnitt der elektromagnetischen Strahlung angepasster Geometrie angeordnet. In the area of the jet inlet 211 and the jet outlet 212 is according to 2 one aperture each 211 respectively. 212a arranged with adapted to the beam cross section of the electromagnetic radiation geometry.

In dem vorstehend beschriebenen Aufbau kann nun die erfindungsgemäße Intensitätsmessung der elektromagnetischen Strahlung über eine Mikrowellenresonanzmessung, und zwar genauer durch die Messung einer Resonanzfrequenzverschiebung erfolgen, welche im Vergleich zum Zustand ohne durch die Kammer 210 hindurchtretende elektromagnetische Strahlung 220 dann verursacht wird, wenn nach Einschalten der EUV-Lichtquelle z.B. in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage eine Wechselwirkung der betreffenden elektromagnetischen EUV-Strahlung mit dem in der Kammer 210 befindlichen Gas eintritt. Es erfolgt somit erfindungsgemäß eine Messung der Resonanzfrequenz sowohl bei eingeschalteter EUV-Lichtquelle als auch bei ausgeschalteter EUV-Lichtquelle unter ansonsten identischen Bedingungen. Dabei erfolgt vorzugsweise die Messung nach Einschalten der Lichtquelle erst nach Stabilisierung der mittleren Plasmadichte (typischerweise nach einer Wartezeit von einigen Sekunden). In the structure described above, the intensity measurement of the electromagnetic radiation according to the invention can now be carried out by means of a microwave resonance measurement, specifically by the measurement of a resonant frequency shift, which is compared to the state without passing through the chamber 210 passing electromagnetic radiation 220 is caused when, after switching on the EUV light source, for example in a microlithographic projection exposure apparatus, an interaction of the respective electromagnetic EUV radiation with that in the chamber 210 gas occurs. Thus, according to the invention, the resonant frequency is measured both when the EUV light source is switched on and when the EUV light source is switched off under otherwise identical conditions. In this case, the measurement is preferably carried out after switching on the light source only after stabilization of the mean plasma density (typically after a waiting time of a few seconds).

Die hierbei in der Kammer 210 durch die besagte Wechselwirkung erzeugten zusätzlichen freien Ladungsträger bewirken eine zur Intensität der EUV-Strahlung proportionale Änderung der Elektronendichte, welche wiederum einer Resonanzfrequenzverschiebung gemäß folgender Gleichung entspricht:

Figure DE102017201374A1_0002
wobei ne die Elektronendichte, f0 die Resonanzfrequenz bei ausgeschalteter Lichtquelle bzw. ohne Plasmazündung in der Kammer, f' die Resonanzfrequenz bei eingeschalteter Lichtquelle bzw. mit Plasmazündung in der Kammer und Δf = f' – f0 die Resonanzfrequenzverschiebung bei Einschalten der EUV-Lichtquelle bezeichnen.The here in the chamber 210 additional free carriers generated by said interaction cause a change in the electron density proportional to the intensity of the EUV radiation, which in turn corresponds to a resonance frequency shift according to the following equation:
Figure DE102017201374A1_0002
where n e is the electron density, f 0 the resonance frequency with the light source switched off or without plasma ignition in the chamber, f 'the resonance frequency with the light source switched on or with plasma ignition in the chamber and Δf = f' - f 0 is the resonance frequency shift when the EUV is switched on. Designate light source.

In der Kammer 210 ergibt sich trotz eines gepulsten Betriebs der Lichtquelle (z.B. mit einer Pulsfrequenz im Bereich von typischerweise 10 bis 100 kHz) eine mittlere Ladungsträgerdichte, da ein Abklingen bzw. ein Zerfall des durch die Lichtpulse gezündeten Plasmas (mit typischen Zerfallszeiten im Bereich von Mikrosekunden) wesentlich länger dauert als die Dauer der einzelnen Lichtpulse beträgt. Somit wird erfindungsgemäß in der Kammer 210 eine mittlere Ladungsträgerdichte erzeugt, welche im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage fortlaufend durch die EUV-Lichtquelle gepumpt wird. In the chamber 210 results in spite of a pulsed operation of the light source (eg with a pulse frequency in the range of typically 10 to 100 kHz), an average carrier density, as a decay or decay of the ignited by the light pulses plasma (with typical decay times in the range of microseconds) much longer takes longer than the duration of the individual light pulses. Thus, according to the invention in the chamber 210 generates an average carrier density, which is continuously pumped through the EUV light source during operation of the projection exposure apparatus.

Die erfindungsgemäße Messung kann auch kontinuierlich im laufenden Betrieb des optischen Systems bzw. der Projektionsbelichtungsanlage erfolgen, um das Betriebsverhalten der Lichtquelle fortlaufend zu überwachen. The measurement according to the invention can also be carried out continuously during operation of the optical system or the projection exposure apparatus in order to continuously monitor the operating behavior of the light source.

In 3 ist diese Verschiebung der Resonanzfrequenz zwischen den Zuständen bei ausgeschalteter Lichtquelle bzw. ohne Plasmazündung in der Kammer 210 und bei eingeschalteter Lichtquelle bzw. mit Plasmazündung in der Kammer 210 veranschaulicht. In 3 is this shift of the resonance frequency between the states with the light source switched off and without plasma ignition in the chamber 210 and with the light source switched on or plasma ignition in the chamber 210 illustrated.

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 102014219649 A1 [0005] DE 102014219649 A1 [0005]

Claims (18)

Detektoranordnung zur Bestimmung der Intensität elektromagnetischer Strahlung in einem optischen System, wobei die elektromagnetische Strahlung eine Wellenlänge von weniger als 30nm aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektoranordnung (200) dazu konfiguriert ist, eine Bestimmung der Intensität basierend auf einer Wechselwirkung der elektromagnetischen Strahlung (220) mit einem Gas vorzunehmen. Detector arrangement for determining the intensity of electromagnetic radiation in an optical system, the electromagnetic radiation having a wavelength of less than 30 nm, characterized in that the detector arrangement ( 200 ) is configured to provide a determination of the intensity based on an interaction of the electromagnetic radiation ( 220 ) with a gas. Detektoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur kontinuierlichen Erneuerung dieses Gases ausgebildet ist. Detector arrangement according to claim 1, characterized in that it is designed for the continuous renewal of this gas. Detektoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektoranordnung (200) eine Kammer (210) aufweist, welche einen Strahleinlass (211) und einen Strahlauslass (212) für die elektromagnetische Strahlung (220) besitzt. Detector arrangement according to Claim 1 or 2, characterized in that the detector arrangement ( 200 ) a chamber ( 210 ) having a jet inlet ( 211 ) and a jet outlet ( 212 ) for the electromagnetic radiation ( 220 ) owns. Detektoranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass am Strahleinlass (211) und/oder am Strahlauslass (212) eine Blende (211a, 212a) mit an den Strahlquerschnitt der elektromagnetischen Strahlung (220) angepasster Geometrie angeordnet ist. Detector arrangement according to claim 3, characterized in that at the beam inlet ( 211 ) and / or at the beam outlet ( 212 ) an aperture ( 211 . 212a ) with the beam cross section of the electromagnetic radiation ( 220 ) adapted geometry is arranged. Detektoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Mikrowellenquelle aufweist. Detector arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises a microwave source. Detektoranordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Kammer (210) ein Mikrowellenresonator gebildet wird. Detector arrangement according to one of claims 3 to 5, characterized in that through the chamber ( 210 ) A microwave resonator is formed. Detektoranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Intensitätsbestimmung auf der Messung einer durch die elektromagnetische Strahlung (220) bewirkten Resonanzfrequenzverschiebung dieses Mikrowellenresonators basiert. Detector arrangement according to claim 6, characterized in that the intensity determination on the measurement of a by the electromagnetic radiation ( 220 ) caused resonance frequency shift of this microwave resonator based. Detektoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas ein inertes Gas ist. Detector arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the gas is an inert gas. Detektoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas aus der Gruppe ausgewählt ist, welche Wasserstoff, Stickstoff und Helium enthält. Detector assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the gas is selected from the group consisting of hydrogen, nitrogen and helium. Detektoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System ein optisches System einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage ist. Detector arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the optical system is an optical system of a microlithographic projection exposure apparatus. Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage mit wenigstens einer Detektoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.  Microlithographic projection exposure apparatus with at least one detector arrangement according to one of the preceding claims. Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass diese für eine Arbeitswellenlänge von weniger als 30nm, insbesondere von weniger als 15nm, ausgelegt ist. Microlithographic projection exposure apparatus according to claim 11, characterized in that it is designed for a working wavelength of less than 30nm, in particular less than 15nm. Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Detektoranordnung (200) an einem Zwischenfokus am Übergang zwischen einer EUV-Lichtquelle und einer Beleuchtungseinrichtung der Projektionsbelichtungsanlage angeordnet ist. Microlithographic projection exposure apparatus according to claim 11 or 12, characterized in that the at least one detector arrangement ( 200 ) is arranged at an intermediate focus at the transition between an EUV light source and a lighting device of the projection exposure apparatus. Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Detektoranordnung (200) an einer Spiegelöffnung in einem Spiegel in einem Projektionsobjektiv der Projektionsbelichtungsanlage angeordnet ist. Microlithographic projection exposure apparatus according to one of Claims 11 to 13, characterized in that the at least one detector arrangement ( 200 ) is arranged at a mirror opening in a mirror in a projection lens of the projection exposure apparatus. Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Detektoranordnung (200) an einem Wafertisch („Waferstage“) angeordnet ist. Microlithographic projection exposure apparatus according to one of Claims 11 to 14, characterized in that the at least one detector arrangement ( 200 ) is arranged on a wafer table ("Waferstage"). Verfahren zur Bestimmung der Intensität elektromagnetischer Strahlung in einem optischen System, wobei die elektromagnetische Strahlung eine Wellenlänge von weniger als 30nm aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Intensitätsbestimmung basierend auf einer Wechselwirkung der elektromagnetischen Strahlung (220) mit einem Gas erfolgt. Method for determining the intensity of electromagnetic radiation in an optical system, wherein the electromagnetic radiation has a wavelength of less than 30 nm, characterized in that the intensity determination based on an interaction of the electromagnetic radiation ( 220 ) with a gas. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas die gleiche chemische Zusammensetzung wie ein in dem optischen System verwendetes Spülgas aufweist. A method according to claim 16, characterized in that the gas has the same chemical composition as a purge gas used in the optical system. Verfahren zur mikrolithographischen Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente mit folgenden Schritten: • Bereitstellen eines Substrats, auf das zumindest teilweise eine Schicht aus einem lichtempfindlichen Material aufgebracht ist; • Bereitstellen einer Maske (M), die abzubildende Strukturen aufweist; • Bereitstellen einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage (100) nach einem der Ansprüche 11 bis 15; und • Projizieren wenigstens eines Teils der Maske (M) auf einen Bereich der Schicht mit Hilfe der Projektionsbelichtungsanlage (100). A method for the microlithographic production of microstructured components comprising the following steps: providing a substrate on which at least partially a layer of a photosensitive material is applied; Providing a mask (M) having structures to be imaged; Providing a microlithographic projection exposure apparatus ( 100 ) according to any one of claims 11 to 15; and projecting at least part of the mask (M) onto a region of the layer by means of the projection exposure apparatus ( 100 ).
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