DE102021100995A1

DE102021100995A1 - Verfahren sowie Vorrichtung zum Bestimmen des Erwärmungszustandes eines optischen Elements in einem optischen System

Info

Publication number: DE102021100995A1
Application number: DE102021100995.2A
Authority: DE
Inventors: Johannes Schurer; Maike Lorenz; Eva Schneider; Vladimir Mitev; Rüdiger Mack
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2021-01-19
Filing date: 2021-01-19
Publication date: 2022-07-21
Also published as: CN116670590A; US20230288260A1; WO2022156926A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Bestimmen des Erwärmungszustandes eines optischen Elements in einem optischen System, insbesondere in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, wobei im Betrieb des optischen Systems elektromagnetische Strahlung auf eine Auftrefffläche (401) des optischen Elements (400) auftrifft, wobei eine an der Auftrefffläche vorhandene mittlere Temperatur auf Basis einer mit wenigstens einem entfernt von der Auftrefffläche (401) angeordneten Temperatursensor (420) durchgeführten Temperaturmessung unter Verwendung eines Kalibrierungsparameters abgeschätzt wird, und wobei dieser Kalibrierungsparameter in Abhängigkeit von dem im optischen System eingestellten Beleuchtungssetting unterschiedlich gewählt wird.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Bestimmen des Erwärmungszustandes eines optischen Elements in einem optischen System, insbesondere in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.
Stand der Technik
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.
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. Ein in der Praxis auftretendes Problem ist, dass die EUV-Spiegel u.a. infolge Absorption der von der EUV-Lichtquelle emittierten Strahlung eine Erwärmung und eine damit einhergehende thermische Ausdehnung bzw. Deformation erfahren, welche wiederum eine Beeinträchtigung der Abbildungseigenschaften des optischen Systems zur Folge haben kann.
Zur Berücksichtigung dieses Effekts ist es u.a. bekannt, als Spiegelsubstratmaterial ein Material mit ultraniedriger thermischer Expansion („Ultra-Low-Expansion-Material“), z.B. ein unter der Bezeichnung ULE™ von der Firma Corning Inc. vertriebenes Titanium-Silicatglas, zu verwenden und in einem der optischen Wirkfläche nahen Bereich die sogenannte Nulldurchgangstemperatur (= „Zero-Crossing-Temperatur“) einzustellen. Bei dieser Zero-Crossing-Temperatur, welche z.B. für ULE™ bei etwa ϑ= 30°C liegt, weist der thermische Ausdehnungskoeffizient in seiner Temperaturabhängigkeit einen Nulldurchgang auf, in dessen Umgebung keine oder nur eine vernachlässigbare thermische Ausdehnung des Spiegelsubstratmaterials erfolgt.
Hierbei tritt jedoch in der Praxis das Problem auf, dass ein EUV-Spiegel im Betrieb der mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage wechselnden Intensitäten der auftreffenden elektromagnetischen Strahlung ausgesetzt ist, und zwar sowohl in örtlicher Hinsicht z.B. aufgrund der Verwendung von Beleuchtungssettings mit über die optische Wirkfläche des jeweiligen EUV-Spiegels variierender Intensität, als auch in zeitlicher Hinsicht, wobei sich der betreffende EUV-Spiegel insbesondere zu Beginn des mikrolithographischen Belichtungsprozesses typischerweise von einer vergleichsweise niedrigeren Temperatur auf seine im Lithographieprozess erreichte Betriebstemperatur aufheizt.
Dabei wird unter „Beleuchtungssetting“ hier und im Folgenden die Intensitätsverteilung in einer Pupillenebene des optischen Systems verstanden. Typische in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage eingestellte Beleuchtungssetting sind z.B. ein Dipol-Beleuchtungssetting oder ein Quadrupol-Beleuchtungssetting.
Ansätze zur Überwindung des vorstehend beschriebenen Problems und insbesondere zur Vermeidung von durch variierende Wärmeeinträge in einen EUV-Spiegel verursachten Oberflächendeformationen und damit einhergehenden optischen Aberrationen beinhalten z.B. ein aktives Kühlen oder auch den Einsatz von Vorheizern (wobei mit solchen Vorheizern in Phasen vergleichsweise geringer Absorption von EUV-Nutzstrahlung eine aktive Spiegelerwärmung erfolgen kann, welche mit steigender Absorption der EUV-Nutzstrahlung entsprechend zurückgefahren wird).
Eine mit dem Ziel der Aufrechterhaltung einer möglichst konstanten Spiegeltemperatur (typischerweise der o.g. Nulldurchgangstemperatur) durchgeführte Regelung des Betriebs solcher Vorheizer erfordert die Kenntnis der jeweils auf dem betreffenden Spiegel auftreffenden Strahlungsleistung, damit die Vorheizleistung entsprechend angepasst werden kann. Hierzu finden (neben aus Bauraumgründen nicht immer praktikablen Infrarotkameras) Temperatursensoren Einsatz, welche typischerweise auf der Spiegelrückseite in gebotenem Abstand zur optischen Wirkfläche des jeweiligen Spiegels angebracht werden können.
Hierbei tritt jedoch in der Praxis das weitere Problem auf, dass die mit derartigen Temperatursensoren gemessenen Temperaturwerte empfindlich von der jeweiligen Sensorposition abhängig sind, sofern die sich über das Volumen des Spiegels hinweg einstellende dreidimensionale Temperaturverteilung nicht räumlich homogen ist.
5a-5d zeigen schematische Darstellungen zur Veranschaulichung des Problems, wobei die optische Wirkfläche eines optischen Elements in Form eines Spiegels jeweils mit „501“ und ein Temperatursensor mit „520“ bezeichnet ist. Des Weiteren bezeichnet „T_s“ die vom Temperatursensor 520 gemessene Temperatur und „T“ die gesuchte mittlere Temperatur an der Auftrefffläche 501. Durch eine Schraffur ist jeweils angedeutet, ob eine homogene Temperaturverteilung oder eine inhomogene Temperaturverteilung innerhalb des optischen Elements angenommen wird.
Lediglich für den Fall einer homogenen Temperaturverteilung gemäß 5a stimmt die vom Temperatursensor 520 gemessene Temperatur T_s mit der gesuchten mittleren Temperatur T an der Auftrefffläche 501 unabhängig von der Sensorposition überein. Bei inhomogener Temperaturverteilung innerhalb des optischen Elements liefert der Temperatursensor 520 „falsche“, d.h. von der gesuchten mittleren Temperatur T an der Auftrefffläche 501 abweichende Werte T_s, wobei insbesondere gemäß 5b eine Platzierung des Temperatursensors 520 in der Nähe des Minimums einer inhomogenen Temperaturverteilung eine im Vergleich zur wirklichen Temperatur T zu geringe gemessene Temperatur T_s und eine Platzierung des Temperatursensors 520 in der Nähe des Maximums der inhomogenen Temperaturverteilung gemäß 5c eine zu hohe gemessene Temperatur T_s zur Folge hat.
Dabei zeigen 5a-5c lediglich eine vereinfachte, zweidimensionale Betrachtung des Problems. Wie in 5d angedeutet ist, besitzt die Temperatursensorposition tatsächlich drei Freiheitgrade, wodurch der Rückschluss auf die gesuchte mittlere Temperatur T an der Auftrefffläche 501 im Falle einer inhomogenen Temperaturverteilung innerhalb des optischen Elements zusätzlich erschwert wird.
Eine unzutreffende Bestimmung des Erwärmungszustandes auf Basis der von einem oder mehreren Temperatursensoren gemessenen Temperatur hat etwa bei der Anwendung im o.g. Vorheiz-Konzept zur Folge, dass die entsprechende Regelung unangemessen reagiert und damit eine adäquate Anpassung der Vorheizleistung nicht gegeben ist. Dies kann wiederum zu thermisch induzierten Deformationen, daraus resultierenden optischen Aberrationen und einer damit einhergehenden Beeinträchtigung der Abbildungseigenschaften des optischen Systems bzw. der Projektionsbelichtungsanlage führen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Bestimmen des Erwärmungszustandes eines optischen Elements in einem optischen System, insbesondere in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, bereitzustellen, welche eine zuverlässigere temperatursensorbasierte Charakterisierung des Erwärmungszustandes ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 sowie die Vorrichtung gemäß den Merkmalen des nebengeordneten Patentanspruchs 16 gelöst.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen des Erwärmungszustandes eines optischen Elements in einem optischen System, insbesondere in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, wobei im Betrieb des optischen Systems elektromagnetische Strahlung auf eine Auftrefffläche des optischen Elements auftrifft,

- wobei eine an der Auftrefffläche vorhandene mittlere Temperatur auf Basis einer mit wenigstens einem entfernt von der Auftrefffläche angeordneten Temperatursensor durchgeführten Temperaturmessung unter Verwendung eines Kalibrierungsparameters abgeschätzt wird; und
- wobei dieser Kalibrierungsparameter in Abhängigkeit von dem im optischen System eingestellten Beleuchtungssetting unterschiedlich gewählt wird.

Der Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, die Abschätzung einer gesuchten mittleren Oberflächentemperatur eines optischen Elements wie z.B. eines Spiegels auf Basis von an einer anderen Position des optischen Elements gemessenen Temperaturwerten nicht lediglich auf Basis eines einzigen, für sämtliche mögliche Einsatz-Szenarien übereinstimmenden und in diesem Sinne feststehenden Zusammenhangs zwischen gesuchter Oberflächentemperatur und sensorgestützt gemessener Temperatur vorzunehmen, sondern einen für die Umrechnung der bei der durchgeführten Temperaturmessung ermittelten Messwerte verwendeten Kalibrierungsparameter abhängig vom jeweiligen Einsatz-Szenario, insbesondere dem im optischen System eingestellten Beleuchtungssetting, unterschiedlich zu wählen.
Dabei wird erfindungsgemäß bewusst ein mit einer komplexeren Kalibrierung gegebenenfalls einhergehender größerer Aufwand in Kauf genommen, um im Gegenzug die eingangs beschriebenen, mit einer unzutreffenden Bestimmung des Erwärmungszustandes einhergehenden Probleme (insbesondere eine gegebenenfalls nicht adäquate Anpassung einer auf Basis der Bestimmung des Erwärmungszustandes geregelten Vorheizleistung) zu vermeiden.
Die konkrete Implementierung der erfindungsgemäßen Kalibrierung kann wie im Weiteren noch näher beschrieben in unterschiedlicher Weise erfolgen, wobei insbesondere bereits vorhandene Kenntnisse hinsichtlich des thermischen Verhaltens des optischen Systems bzw. des optischen Elements für ein vorgegebenes Referenz-Beleuchtungssetting genutzt werden können.
Gemäß einer Ausführungsform wird somit der Kalibrierungsparameter für das aktuell im optischen System eingestellte Beleuchtungssetting basierend auf einem zuvor für ein Referenz-Beleuchtungssetting ermittelten Referenz-Kalibrierungsparameter bestimmt.
Gemäß einer Ausführungsform wird der Kalibrierungsparameter anhand wenigstens einer Messung oder Simulation einer von dem thermischen Zustand des optischen Elements abhängigen Größe für das aktuell im optischen System eingestellte Beleuchtungssetting bestimmt.
Gemäß einer Ausführungsform ist diese von dem thermischen Zustand des optischen Elements abhängige Größe eine im Betrieb des optischen Systems in einer bezogen auf den Strahlengang nach dem optischen Element befindlichen Ebene erzeugte Intensitätsverteilung. Hierbei kann sich die Erfindung insbesondere den Umstand zunutze machen, dass etwa in einer Projektionsbelichtungsanlage typischerweise die sich im Betrieb im Bereich der Waferebene einstellende Intensität ohnehin über dort vorhandene Intensitätssensoren gemessen wird, so dass diese Information in der Regel schon zur Verfügung steht und für die erfindungsgemäße Kalibrierung herangezogen werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die von dem thermischen Zustand des optischen Elements abhängige Größe eine im Betrieb des optischen Systems in einer bezogen auf den Strahlengang nach dem optischen Element befindlichen Ebene erzeugte Wellenfront. Hierbei kann sich die Erfindung insbesondere den Umstand zunutze machen, dass aus der Wellenfrontbestimmung anhand einer Kenntnis des optischen Designs sowie unter Anwendung für sich bekannter tomographischer Methoden auf die Veränderung des optischen Elements (insbesondere dessen thermisch induzierte Deformation) zurückgeschlossen werden kann. In diesem Zusammenhang wird beispielhaft auf DE 10 2019 213 233 A1 verwiesen.
Gemäß einer Ausführungsform wird der Kalibrierungsparameter ferner unter Berücksichtigung eines Abstandes des Temperatursensors von der Auftrefffläche bestimmt.
Mit anderen Worten wird hierbei für die erfindungsgemäße Kalibrierung die geometrische Information betreffend den Abstand des Sensors von der Auftrefffläche als Zusatzinformation genutzt. Dies kann wiederum wie im Weiteren noch beschrieben in Kombination mit einer zeitaufgelösten Temperaturmessung insbesondere dazu genutzt werden, um bereits unmittelbar nach Inbetriebnahme des optischen Systems eine vergleichsweise zuverlässige Charakterisierung des Erwärmungszustandes des optischen Elements bzw. Spiegels zu realisieren und z.B. bei Anwendung in dem vorstehend beschriebenen Vorheizkonzept das optische Element schon in einer Anlaufphase zuverlässig vor thermisch induzierten Deformationen zu schützen.
Gemäß einer Ausführungsform wird somit die Temperaturmessung mit dem Temperatursensor zur Ermittlung eines zeitlichen Verlaufs wiederholt durchgeführt.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Temperatursensor in einem Zugangskanal angeordnet, welcher sich von einer der Auftrefffläche abgewandten Seite des optischen Elements in das optische Element erstreckt.
Gemäß einer Ausführungsform wird die abgeschätzte mittlere Temperatur als Eingangssignal für eine Regelung wenigstens eines das optische Element und/oder das optische System charakterisierenden Parameters verwendet.
Gemäß einer Ausführungsform wird auf Basis der abgeschätzten mittleren Temperatur eine Vorheizung des optischen Elements zur wenigstens teilweisen Kompensation von im Betrieb des optischen Systems auftretenden zeitlichen Änderungen des Erwärmungszustandes des optischen Elements angesteuert.
Gemäß einer Ausführungsform ist das optische Element ein Spiegel.
Gemäß einer Ausführungsform ist das optische Element für eine Arbeitswellenlänge von weniger als 30nm, insbesondere weniger als 15nm, ausgelegt.
Gemäß einer Ausführungsform ist das optische System eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage.
Gemäß einer Ausführungsform wird der Kalibrierungsparameter ferner in Abhängigkeit von einem in der Projektionsbelichtungsanlage eingesetzten Retikel unterschiedlich gewählt.
Gemäß einer Ausführungsform werden die vorstehend beschriebenen Schritte während des Betriebs der mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage durchgeführt.
Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zur Bestimmung des Erwärmungszustandes eines Spiegels in einem optischen System, insbesondere in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, wobei die Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen ausgestaltet ist. Zu Vorteilen und bevorzugten Ausgestaltungen der Vorrichtung wird auf die o.g. Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Bezug genommen.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Figurenliste
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung des möglichen Aufbaus einer für den Betrieb im EUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage;
2 ein Diagramm, welches beispielhaft durch unterschiedliche Beleuchtungssettings bewirkte unterschiedliche zeitliche Verläufe eines in einem erfindungsgemäßen Verfahren ermittelten und genutzten Kalibrierungsparameters zeigt;
3 ein Diagramm, welches für unterschiedliche Sensorpositionen den zeitlichen Verlauf des jeweiligen Messsignals im Vergleich zur realen mittleren Temperatur an der Oberfläche eines optischen Elements zeigt;
4 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des möglichen Aufbaus eines Spiegels, mit welchem das erfindungsgemäße Verfahren beispielhaft realisiert werden kann; und
5a-5d Diagramme zur Erläuterung eines bei einem herkömmlichen Verfahren zur Ermittlung des thermischen Zustandes eines Spiegels auftretenden Problems.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 zeigt eine schematische Darstellung einer für den Betrieb im EUV ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage 1, in der die Erfindung beispielsweise realisierbar ist. Die Beschreibung des grundsätzlichen Aufbaus der Projektionsbelichtungsanlage 1 sowie deren Bestandteile sei hierbei nicht einschränkend verstanden.
Eine Ausführung eines Beleuchtungssystems 2 der Projektionsbelichtungsanlage 1 hat neben einer Licht- bzw. Strahlungsquelle 3 eine Beleuchtungsoptik 4 zur Beleuchtung eines Objektfeldes 5 in einer Objektebene 6. Bei einer alternativen Ausführung kann die Lichtquelle 3 auch als ein zum sonstigen Beleuchtungssystem separates Modul bereitgestellt sein. In diesem Fall umfasst das Beleuchtungssystem die Lichtquelle 3 nicht.
Belichtet wird hierbei ein im Objektfeld 5 angeordnetes Retikel 7. Das Retikel 7 ist von einem Retikelhalter 8 gehalten. Der Retikelhalter 8 ist über einen Retikelverlagerungsantrieb 9 insbesondere in einer Scanrichtung verlagerbar. In 1 ist zur Erläuterung ein kartesisches xyz-Koordinatensystem eingezeichnet. Die x-Richtung verläuft senkrecht zur Zeichenebene hinein. Die y-Richtung verläuft horizontal und die z-Richtung verläuft vertikal. Die Scanrichtung verläuft in 1 längs der y-Richtung. Die z-Richtung verläuft senkrecht zur Objektebene 6.
Das Projektionsobjektiv 10 dient zur Abbildung des Objektfeldes 5 in ein Bildfeld 11 in einer Bildebene 12. Abgebildet wird eine Struktur auf dem Retikel 7 auf eine lichtempfindliche Schicht eines im Bereich des Bildfeldes 11 in der Bildebene 12 angeordneten Wafers 13. Der Wafer 13 wird von einem Waferhalter 14 gehalten. Der Waferhalter 14 ist über einen Waferverlagerungsantrieb 15 insbesondere längs der y-Richtung verlagerbar. Die Verlagerung einerseits des Retikels 7 über den Retikelverlagerungsantrieb 9 und andererseits des Wafers 13 über den Waferverlagerungsantrieb 15 kann synchronisiert zueinander erfolgen.
Bei der Strahlungsquelle 3 handelt es sich um eine EUV-Strahlungsquelle. Die Strahlungsquelle 3 emittiert insbesondere EUV-Strahlung, welche im Folgenden auch als Nutzstrahlung oder Beleuchtungsstrahlung bezeichnet wird. Die Nutzstrahlung hat insbesondere eine Wellenlänge im Bereich zwischen 5 nm und 30 nm. Bei der Strahlungsquelle 3 kann es sich zum Beispiel um eine Plasmaquelle, eine synchrotronbasierte Strahlungsquelle oder um einen Freie-Elektronen-Laser („Free-Electron-Laser“, FEL) handeln. Die Beleuchtungsstrahlung 16, die von der Strahlungsquelle 3 ausgeht, wird von einem Kollektor 17 gebündelt und propagiert durch einen Zwischenfokus in einer Zwischenfokusebene 18 in die Beleuchtungsoptik 4. Die Beleuchtungsoptik 4 weist einen Umlenkspiegel 19 und diesem im Strahlengang nachgeordnet einen ersten Facettenspiegel 20 (mit schematisch angedeuteten Facetten 21) und einen zweiten Facettenspiegel 22 (mit schematisch angedeuteten Facetten 23) auf.
Das Projektionsobjektiv 10 weist eine Mehrzahl von Spiegeln Mi (i= 1, 2, ...) auf, welche gemäß ihrer Anordnung im Strahlengang der Projektionsbelichtungsanlage 1 durchnummeriert sind. Bei dem in der 1 dargestellten Beispiel weist das Projektionsobjektiv 10 sechs Spiegel M1 bis M6 auf. Alternativen mit vier, acht, zehn, zwölf oder einer anderen Anzahl an Spiegeln Mi sind ebenso möglich. Der vorletzte Spiegel M5 und der letzte Spiegel M6 weisen jeweils eine Durchtrittsöffnung für die Beleuchtungsstrahlung 16 auf. Bei dem Projektionsobjektiv 10 handelt es sich um eine doppelt obskurierte Optik. Das Projektionsobjektiv 10 hat eine bildseitige numerische Apertur, die größer ist als 0.5 und die auch größer sein kann als 0.6 und die beispielsweise 0.7 oder 0.75 betragen kann.
Im Betrieb der mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage 1 wird die auf die optische Wirkfläche der Spiegel auftreffende elektromagnetische Strahlung zum Teil absorbiert und führt wie eingangs erläutert zu einer Erwärmung und einer damit einhergehenden thermischen Ausdehnung bzw. Deformation, welche wiederum eine Beeinträchtigung der Abbildungseigenschaften des optischen Systems zur Folge haben kann. Durch geeignete Korrekturmittel (wie z.B. Vorheizer) kann nun die Temperatur der Spiegel geeignet geregelt werden.
Im Weiteren werden unter Bezugnahme auf 2 bis 4 Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben, um den Erwärmungszustand des betreffenden Spiegels entsprechend abzuschätzen und gegebenenfalls geeignete Korrekturmittel wie z.B. Vorheizer entsprechend anzusteuern. Das erfindungsgemäße Konzept zum Bestimmen des Erwärmungszustandes kann dabei insbesondere vorteilhaft auf einen beliebigen Spiegel der mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage 1 von 1 angewendet werden.
4 zeigt in lediglich schematischer Darstellung die mögliche Anordnung eines Temperatursensors 420 an einem optischen Element 400 in Form eines Spiegels. Gemäß 4 (jedoch ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt wäre) befindet sich der Temperatursensor 420 in einer von der Spiegelrückseite her in das Spiegelsubstrat 410 als Zugangskanal 411 eingebrachten Bohrung. Mit „405“ ist ein Reflexionsschichtsystem und mit „401“ ist die optische Wirkfläche bzw. Auftrefffläche des Spiegels für elektromagnetische Strahlung bezeichnet.
Den im Weiteren beschriebenen Ausführungsformen ist gemeinsam, dass ein zur Abschätzung einer an der Auftrefffläche eines optischen Elements bzw. Spiegels vorhandenen mittleren Temperatur auf Basis einer sensorgestützten Temperaturmessung verwendeter Kalibrierungsparameter nicht für sämtliche Einsatz-Szenarien bzw. Betriebszustände im optischen System gleichbleibend und feststehend gewählt wird, sondern in Abhängigkeit von dem im optischen System aktuell eingestellten Beleuchtungssetting (gegebenenfalls zusätzlich auch abhängig vom jeweils eingesetzten Retikel) unterschiedlich gewählt wird. Werden besagter Kalibrierungsparameter mit „q“, die gesuchte mittlere Temperatur an der Auftrefffläche des optischen Elements bzw. Spiegels mit „T“ und die sensorgestützt gemessene Temperatur mit „T_s“ bezeichnet, so gilt: $T = q \cdot T_{S}$
Gemäß einer ersten Ausführungsform kann der Kalibrierungsparameter für das aktuell im optischen System eingestellte Beleuchtungssetting basierend auf einem zuvor für ein Referenz-Beleuchtungssetting ermittelten Referenz-Kalibrierungsparameter bestimmt werden. Geht man hierbei von zunächst einer einzelnen, zu einem einzigen Zeitpunkt erfolgenden Messung der Temperatur aus, und nimmt für besagtes Referenz-Beleuchtungssetting sowohl die gesuchte mittlere Temperatur T an der Auftrefffläche als auch die zugehörige sensorgestützt gemessene Temperatur T_s als bekannt an, so können wie nachfolgend beschrieben das Referenz-Beleuchtungssetting (entsprechend dem vorbekannten Einsatz-Szenario) und das aktuell im optischen System eingestellte Beleuchtungssetting (entsprechend dem unbekannten Einsatz-Szenario) zueinander in Beziehung gesetzt werden, wobei z.B. die für beide Einsatz-Szenarien resultierende Leistung hinter dem Retikel herangezogen werden kann.
Bezeichnet man diese Leistung für das Referenz-Beleuchtungssetting bzw. das vorbekannte Einsatz-Szenario mit $P_{A R}^{R}$
und für das aktuell eingestellte Beleuchtungssetting bzw. das unbekannte Einsatz-Szenario mit $P_{A R}^{U},$
so ergibt sich unter Annahme eines linearen Zusammenhangs $\frac{T^{U}}{T^{R}} = \frac{P_{A R}^{U}}{P_{A R}^{R}} = μ$
Hiermit ergibt sich der Kalibrierungsparameter für das aktuell eingestellte Beleuchtungssetting bzw. das unbekannte Einsatz-Szenario zu $q^{U} = q^{R} \cdot μ \cdot \frac{T_{S}^{R}}{T_{S}^{U}}$
Somit ergeben sich abhängig vom aktuell eingestellten Beleuchtungssetting bzw. Einsatz-Szenario unterschiedliche Kalibrierungsparameter q^U.
2 zeigt hierzu lediglich beispielhafte mögliche zeitliche Verläufe das Kalibrierungsparameters q^U für drei unterschiedliche (mit UC1, UC2 bzw. UC3 bezeichnete) Einsatz-Szenarien. Dabei ergibt sich für das Einsatz-Szenario UC1 für alle Zeiten ein Wert des Kalibrierungsparameters q^U < 1. Für das Einsatz-Szenario UC2 weicht der Wert des Kalibrierungsparameters q^U lediglich innerhalb einer vergleichsweise kurzen Zeitspanne nach Inbetriebnahme des optischen Systems vom Wert Eins ab. Beim Einsatz-Szenario UC3 gilt für vergleichsweise kurze Zeiten q^U < 1, für vergleichsweise große Zeiten gilt q^U > 1, und auf mittlerer Zeitskala steigt der Kalibrierungsparameter q^U (entsprechend einem „Überschwinger“) vorübergehend relativ stark an.
In Ausführungsformen der Erfindung kann auch die Temperaturmessung mit wenigstens einem Temperatursensor 420 zur Ermittlung eines zeitlichen Verlaufs durchgeführt werden. Hierdurch kann dem Umstand Rechnung getragen werden, dass abhängig von der Position des Temperatursensors eine an der Auftrefffläche des optischen Elements bzw. Spiegels auftretende Temperaturänderung unterschiedlich schnell am Temperatursensor „sichtbar“ wird, der jeweilige Temperatursensor die besagte Temperaturänderung also verspätet „sieht“.
3 zeigt hierzu ein Diagramm, in welchem für zwei unterschiedliche Sensorpositionen der zeitliche Verlauf des jeweiligen Messsignals im Vergleich zur tatsächlichen mittleren Temperatur an der Auftrefffläche des optischen Elements aufgetragen ist. Gemäß 3 steigt etwa unmittelbar nach dem Einschalten des optischen Systems die gesuchte mittlere Temperatur T an der Auftrefffläche sofort an, wohingegen in unterschiedlicher Entfernung von der Auftrefffläche befindliche Sensoren entsprechend verzögerte Messsignale liefern. Anhand der Wärmeleitungsgleichung $\frac{\partial T (\vec{r}, t)}{\partial T} - α \cdot Δ T (\vec{r}, t) = ƒ (\vec{r}, t)$
mit der Temperaturleitfähigkeit α und der Quelle $f (\vec{r}, t)$
lässt sich lediglich als Beispiel für eine analytische Relation - ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt wäre - unter vereinfachenden Randbedingungen (nämlich der Annahme eines unendlich großen optischen Elements mit Oberfläche parallel zur x-y-Ebene sowie der Annahme einer homogenen Lichtlast) etwa die folgende Abhängigkeit der jeweils sensorgestützt gemessenen Temperatur T_s vom Abstand r_z des Temperatursensors von der Auftrefffläche angeben: $\frac{T_{S}}{T} = q \approx e \frac{- r_{2}^{2}}{4 α t} - \sqrt{\frac{π r_{z}^{2}}{4 α t}} [1 - e r f (\sqrt{\frac{r_{z}^{2}}{4 α t}})]$
Im Ergebnis kann so die von einem Temperatursensor aufgrund seiner Position gemessene Temperatur T_s zeitabhängig bestimmt und für eine Bestimmung des Kalibrierungsparameters bereits für die o.g. Anlaufphase unmittelbar nach dem Einschalten des optischen Systems zur zuverlässigen Charakterisierung des Erwärmungszustandes des optischen Elements bzw. Spiegels genutzt werden.
In weiteren Ausführungsformen kann eine numerische Bestimmung des Kalibrierungsparameters q^U durchgeführt werden, wobei neben der Kenntnis des aktuell verwendeten Beleuchtungssettings sowie Retikels ein möglichst realitätsnahes Modell für das optische System zugrundegelegt wird. Basierend darauf kann die im optischen Element sich einstellende Temperaturverteilung vorhergesagt und errechnet werden, welche Temperatur T_s ein Temperatursensor an seiner jeweiligen Position messen würde. Basierend hierauf kann eine Bestimmung des Kalibrierungsparameters q^U anhand von Gleichung (1) erfolgen.
Sofern das aktuell verwendete Beleuchtungssetting nicht konkret bekannt ist, kann gegebenenfalls auch aus einer im Vorfeld erstellten Bibliothek (Nachschlagtabelle) von Beleuchtungssettings jenes ausgewählt werden, welches der gewünschten Einstellung bzw. dem aktuell verwendeten Beleuchtungssetting am nächsten kommt.
In weiteren Ausführungsformen kann anstelle einer Temperaturmessung bzw. -simulation auch eine Wellenfrontmessung bzw. -simulation genutzt werden, um anhand der (z.B. im Bereich der Waferebene ermittelten) Wellenfront auf die thermische Veränderung des optischen Elements bzw. Spiegels zurückzuschließen. Auch hierbei kann durch Vergleich der anhand der gemessenen Wellenfront ermittelten Deformation mit der Deformation von vorausberechneten Beleuchtungssettings das aktuell verwendete Beleuchtungssetting klassifiziert werden, um auf diese Weise den Kalibrierungsparameter q^U zu bestimmen.
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.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102019213233 A1 [0023]

Claims

Verfahren zum Bestimmen des Erwärmungszustandes eines optischen Elements in einem optischen System, insbesondere in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, wobei im Betrieb des optischen Systems elektromagnetische Strahlung auf eine Auftrefffläche (401) des optischen Elements (400) auftrifft, - wobei eine an der Auftrefffläche (401) vorhandene mittlere Temperatur auf Basis einer mit wenigstens einem entfernt von der Auftrefffläche (401) angeordneten Temperatursensor (420) durchgeführten Temperaturmessung unter Verwendung eines Kalibrierungsparameters abgeschätzt wird; und - wobei dieser Kalibrierungsparameter in Abhängigkeit von dem im optischen System eingestellten Beleuchtungssetting unterschiedlich gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Kalibrierungsparameter basierend auf einem zuvor für ein Referenz-Beleuchtungssetting ermittelten Referenz-Kalibrierungsparameter bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Kalibrierungsparameter anhand wenigstens einer Messung oder Simulation einer von dem thermischen Zustand des optischen Elements (400) abhängigen Größe für das aktuell im optischen System eingestellte Beleuchtungssetting bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass diese von dem thermischen Zustand des optischen Elements (400) abhängige Größe eine im Betrieb des optischen Systems in einer bezogen auf den Strahlengang nach dem optischen Element (400) befindlichen Ebene erzeugte Intensitätsverteilung ist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass diese von dem thermischen Zustand des optischen Elements (400) abhängige Größe eine im Betrieb des optischen Systems in einer bezogen auf den Strahlengang nach dem optischen Element (400) befindlichen Ebene erzeugte Wellenfront ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kalibrierungsparameter ferner unter Berücksichtigung eines Abstandes des Temperatursensors (420) von der Auftrefffläche (401) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturmessung mit dem Temperatursensor (420) zur Ermittlung eines zeitlichen Verlaufs wiederholt durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (420) in einem Zugangskanal (411) angeordnet ist, welcher sich von einer der Auftrefffläche (401) abgewandten Seite des optischen Elements (400) in das optische Element (400) erstreckt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die abgeschätzte mittlere Temperatur als Eingangssignal für eine Regelung wenigstens eines das optische Element (400) und/oder das optische System charakterisierenden Parameters verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf Basis der abgeschätzten mittleren Temperatur eine Vorheizung des optischen Elements (400) zur wenigstens teilweisen Kompensation von im Betrieb des optischen Systems auftretenden zeitlichen Änderungen des Erwärmungszustandes des optischen Elements (400) angesteuert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (400) ein Spiegel ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (400) für eine Arbeitswellenlänge von weniger als 30nm, insbesondere weniger als 15nm, ausgelegt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kalibrierungsparameter ferner in Abhängigkeit von einem in der Projektionsbelichtungsanlage eingesetzten Retikel unterschiedlich gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschätzung der mittleren Temperatur während des Betriebs der mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage erfolgt.
Vorrichtung zur Bestimmung des Erwärmungszustandes eines Spiegels in einem optischen System, insbesondere in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, dadurch gekennzeichnet, dass diese zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgestaltet ist.