DE102021201690A1

DE102021201690A1 - Optical system, especially for EUV lithography

Info

Publication number: DE102021201690A1
Application number: DE102021201690.1A
Authority: DE
Inventors: Thomas Schicketanz; Toralf Gruner; Markus Schwab; Joachim Hartjes
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2021-02-23
Filing date: 2021-02-23
Publication date: 2022-08-25
Also published as: CN116868130A; TW202248761A; WO2022179766A1; KR20230150277A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein optisches System, insbesondere für die EUV-Lithographie, umfassend: eine Beleuchtungsquelle zur Beleuchtung einer Beleuchtungsfläche mit Beleuchtungsstrahlung, einen Detektor (35) mir einer Detektionsfläche (36) zur ortsaufgelösten Detektion der Beleuchtungsstrahlung, ein Projektionssystem, das ausgebildet ist, die Beleuchtungsfläche auf die Detektionsfläche (36) abzubilden, sowie eine Auswerteeinrichtung (37), die ausgebildet ist, anhand einer Intensität (I) der Beleuchtungsstrahlung an der Detektionsfläche (36) auf Unsauberkeiten an optischen Elementen (M6) in einem Strahlengang (29) zwischen der Beleuchtungsfläche und der Detektionsfläche (36) zu schließen. Das optische System ist ausgebildet, unterschiedliche Winkelverteilungen der von der Beleuchtungsfläche zur Detektionsfläche (36) gelangenden Beleuchtungsstrahlung einzustellen, und die Auswerteeinrichtung (37) ist ausgebildet, anhand der Intensität (I) der Beleuchtungsstrahlung auf der Detektionsfläche (36) bei den unterschiedlichen Winkelverteilungen auf die Unsauberkeiten an den optischen Elementen (M6), insbesondere auf die Lage der Unsauberkeiten an den optischen Elementen (M6), zu schließen.The invention relates to an optical system, in particular for EUV lithography, comprising: an illumination source for illuminating an illumination surface with illumination radiation, a detector (35) with a detection surface (36) for spatially resolved detection of the illumination radiation, a projection system that is designed to imaging the illumination area onto the detection area (36), and an evaluation device (37) which is designed to use an intensity (I) of the illumination radiation on the detection area (36) to identify imperfections on optical elements (M6) in a beam path (29) between the Illumination surface and the detection surface (36) to close. The optical system is designed to set different angular distributions of the illumination radiation arriving from the illumination area to the detection area (36), and the evaluation device (37) is designed to use the intensity (I) of the illumination radiation on the detection area (36) for the different angular distributions to set the Impurities on the optical elements (M6), in particular to close the position of the imperfections on the optical elements (M6).

Description

Hintergrund der ErfindungBackground of the Invention

Die Erfindung betrifft ein optisches System, insbesondere für die EUV-Lithographie, umfassend: ein Beleuchtungssystem zur Beleuchtung einer Beleuchtungsfläche mit Beleuchtungsstrahlung, einen Detektor mir einer Detektionsfläche zur ortsaufgelösten Detektion der Beleuchtungsstrahlung, ein Projektionssystem, das ausgebildet ist, die Beleuchtungsfläche auf die Detektionsfläche abzubilden, sowie eine Auswerteeinrichtung, die ausgebildet ist, anhand einer Intensität der Beleuchtungsstrahlung an der Detektionsfläche Unsauberkeiten an optischen Elementen in einem zwischen der Beleuchtungsfläche und der Detektionsfläche zu erkennen.The invention relates to an optical system, in particular for EUV lithography, comprising: an illumination system for illuminating an illumination surface with illumination radiation, a detector with a detection surface for spatially resolved detection of the illumination radiation, a projection system which is designed to image the illumination surface onto the detection surface, and an evaluation device that is designed to use an intensity of the illumination radiation on the detection surface to detect imperfections on optical elements in a space between the illumination surface and the detection surface.

Bei dem optischen System kann es sich beispielsweise um ein Lithographiesystem in Form einer Projektionsbelichtungsanlage zur Belichtung eines Halbleitersubstrats (Wafer) handeln. Eine solche Projektionsbelichtungsanlage weist ein Projektionssystem auf, um Strukturen an einer Maske (Reticle) auf das Halbleitersubstrat abzubilden. Um eine hohe Auflösung speziell von Lithographieoptiken eines solchen Lithographiesystems zu erreichen, wird seit wenigen Jahren EUV-Licht mit einer Wellenlänge von 13,5 nm genutzt, im Vergleich zu Vorgängersystemen mit typischen Betriebswellenlängen von 365 nm, 248 nm oder 193 nm. Der Schritt zum EUV-Bereich bedeutete den Verzicht auf brechende Medien, die bei dieser Wellenlänge nicht mehr sinnvoll einsetzbar sind, und den Übergang auf reine Spiegelsysteme, die entweder im nahezu senkrechten Einfall oder streifend arbeiten.The optical system can be, for example, a lithography system in the form of a projection exposure system for exposing a semiconductor substrate (wafer). Such a projection exposure apparatus has a projection system in order to image structures on a mask (reticle) onto the semiconductor substrate. In order to achieve a high resolution, especially of lithography optics of such a lithography system, EUV light with a wavelength of 13.5 nm has been used for a few years, compared to previous systems with typical operating wavelengths of 365 nm, 248 nm or 193 nm. The step to The EUV range meant doing without refractive media, which can no longer be used sensibly at this wavelength, and the transition to pure mirror systems that work either with almost vertical incidence or grazing.

In DUV-Systemen ist oftmals ein Gasfluss durch das System implementiert, z.B. durch Einblasen und Auslassen von Stickstoff oder Luft. Dieser Gasfluss bewirkt eine Kühlung der durch Lichtabsorption erwärmten optischen Elemente sowie den Austrag schädlicher Substanzen, die sich sonst durch Fabrikeinflüsse oder Ausgasung im optischen System ansammeln könnten. Bei EUV-Wellenlängen arbeitet man grundsätzlich im Vakuum, allerdings herrscht ein geringer Gasdruck, bevorzugt von Wasserstoff, wiederum um zur Fotoreinigung beizutragen, und mitunter eine begrenzte Kühlwirkung zu realisieren.In DUV systems, gas flow is often implemented through the system, e.g. by injecting and exhausting nitrogen or air. This gas flow causes cooling of the optical elements heated by light absorption and the discharge of harmful substances that could otherwise accumulate in the optical system due to factory influences or outgassing. In the case of EUV wavelengths, one generally works in a vacuum, but there is a low gas pressure, preferably hydrogen, again to contribute to the photo cleaning and sometimes to realize a limited cooling effect.

In der Nähe des Halbleitersubstrates wird Gas so eingeleitet, dass einerseits ein erster Teilfluss in Richtung Halbleitersubstrat die Folgen des Ausgasens des Lackes oder anderer Kontaminationsquellen mindert, weil dieses Material auf diese Weise nur erschwert in Richtung Projektionssystem wandert. Zugleich entsteht ein zweiter Gasfluss in Richtung Projektionssystem, welcher zur Fotoreinigung und Kühlung dient und zudem eine Kontamination des Halbleitersubstrates aus Richtung des Projektionssystems unwahrscheinlich macht.Gas is introduced near the semiconductor substrate in such a way that a first partial flow in the direction of the semiconductor substrate reduces the consequences of outgassing from the paint or other sources of contamination because this material makes it difficult for this material to migrate in the direction of the projection system. At the same time, a second gas flow is created in the direction of the projection system, which is used for photo cleaning and cooling and also makes contamination of the semiconductor substrate from the direction of the projection system unlikely.

Es wurde vorgeschlagen, zwischen Projektionssystem und Halbleitersubstrat eine dünne Membran anzuordnen, um belichtende und thermisch störende Wellenlängen speziell im sichtbaren Bereich oder nahe dem sichtbaren Bereich auszufiltern. Damit eine akzeptable Transmission für das EUV-Nutzlicht verbleibt, muss diese Membran ausgesprochen dünn sein und weist typischerweise eine Dicke in der Größenordnung von 100 nm auf. Hierdurch wird die dünne Membran aber zugleich empfindlich auf Druckunterschiede oder auf thermische Lasten, die besonders an auf der Membran abgelagerten Partikeln lokal hoch sein können. Die Membran kann reißen und es ist nicht auszuschließen, dass sich Bestandteile davon, nachfolgend auch als Fetzen bezeichnet, lösen.It has been proposed to place a thin membrane between the projection system and the semiconductor substrate in order to filter out exposing and thermally disruptive wavelengths, especially in the visible range or close to the visible range. In order for an acceptable transmission for the EUV useful light to remain, this membrane must be extremely thin and typically has a thickness of the order of 100 nm. At the same time, however, this makes the thin membrane sensitive to pressure differences or thermal loads, which can be locally high, particularly on particles deposited on the membrane. The membrane can tear and it cannot be ruled out that parts of it, hereinafter also referred to as shreds, will come loose.

Während kompakte Partikel in einem schwachen Gasstrom nicht weit vorankommen, weil sie in üblichen Geometrien gegen die Schwerkraft ankämpfen und verlieren, sieht die Sache für dünne Membranteile anders aus. While compact particles don't get very far in a weak gas flow because they fight and lose gravity in common geometries, things are different for thin membrane parts.

Hier ist es möglich, dass die Fetzen der Membran wenig Masse (da dünn) bei großer Fläche aufweisen und im Gasstrom aufwärtssegeln.Here it is possible that the shreds of the membrane have little mass (since they are thin) with a large surface and sail upwards in the gas flow.

Nicht nur beim Brechen einer Membran, sondern auch bei anderen Störfällen kann es zur Bildung von kontaminierendem Material kommen, dessen Ausbreitung in dem optischen System unerwünscht ist. Gelangt das kontaminierende Material, z.B. in Form von Partikeln, nämlich auf optische Elemente, so beeinflusst es dort in der Regel das reflektierte, gebrochene oder gebeugte Licht in störender Weise. Bei einem optischen Element in Form eines Spiegels verringert das kontaminierende Material oftmals das Reflexionsvermögen und/oder ändert die Phasenlage des auftreffenden und reflektierten Lichtes. Dies geschieht lokal, was eine Korrektur ohne eine Reinigung schwierig gestaltet. Eine Reinigung wiederum kann aufwändig sein, z.B. wenn die Komponente im Vakuum betrieben wird und hochgenau justiert sein muss, und sie birgt auch Risiken einer Beschädigung etwa von Schicht(en) bzw. einer Beschichtung auf einer solchen Komponente.Not only when a membrane breaks, but also in other incidents, contaminating material can form, the propagation of which in the optical system is undesirable. If the contaminating material, e.g. in the form of particles, reaches the optical elements, it usually has a disruptive effect on the reflected, refracted or diffracted light. With an optical element in the form of a mirror, the contaminating material often reduces the reflectivity and/or changes the phasing of the incident and reflected light. This happens locally, making correction difficult without cleaning. Cleaning, on the other hand, can be time-consuming, e.g. if the component is operated in a vacuum and has to be adjusted with great precision, and it also involves the risk of damage to the layer(s) or a coating on such a component.

Durch die lokale Reduktion der Lichtmenge oder Änderung der Phasenlage wird die Interferenz dieser Beiträge im Bild beeinflusst, was oftmals eine unerwünschte Änderung der Größe der von einem Projektionssystem abgebildeten Strukturen der Maske bewirkt. Daraus können Kurzschlüsse, Unterbrechungen oder Abweichungen in den elektrischen Eigenschaften eines mit Hilfe des Lithographiesystems gefertigten Halbleiterbauelements resultieren, welche die Funktionsfähigkeit des Halbleiterbauelements einschränken.The interference of these contributions in the image is influenced by the local reduction in the amount of light or change in the phase position, which often causes an undesirable change in the size of the structures of the mask imaged by a projection system. This can result in short circuits, interruptions or deviations in the electrical properties of a semiconductor component manufactured using the lithography system, which limit the functionality of the semiconductor device.

Es ist daher vorteilhaft, eine Kontrolle bzw. Überwachung von sauberkeitskritischen Bereichen von optischen Elementen im Hinblick auf Unsauberkeiten, z.B. in Form von kontaminierendem Material bzw. von Partikeln, auch für den Fall vorzunehmen, dass die optischen Elemente in einem Gehäuse eines optisches Systems verbaut sind und das optische System beim Endkunden im Betrieb ist. Eine solche Kontrolle stellt sicher, dass sich während des Einbaus der optischen Elemente in das optische System keine Unsauberkeiten an den optisch genutzten Oberflächen der optischen Elemente abgesetzt haben. Die Zugänglichkeit von optischen Elementen im Einbauzustand ist jedoch z.B. durch Gehäuse etc. des optischen Systems erschwert, so dass die Erkennung von Unsauberkeiten nicht ohne weiteres möglich ist.It is therefore advantageous to check or monitor cleanliness-critical areas of optical elements with regard to uncleanliness, e.g. in the form of contaminating material or particles, even if the optical elements are installed in a housing of an optical system and the optical system is in operation at the end customer. Such a check ensures that no imperfections have settled on the optically used surfaces of the optical elements during the installation of the optical elements in the optical system. However, the accessibility of optical elements in the installed state is made more difficult, e.g. by the housing etc. of the optical system, so that it is not easy to identify imperfections.

Ein Ansatz zur Erkennung von Unsauberkeiten an optischen Elementen, genauer gesagt an optisch genutzten Oberflächen von optischen Elementen, sieht vor, eine selbstleuchtende Beleuchtungsquelle, z.B. eine LED, zu verwenden, um eine Beleuchtungsfläche flächig zu beleuchten. Unsauberkeiten an den optischen Elementen wirken sich spezifisch nach Entstehungsort dadurch aus, dass bei der Abbildung der Beleuchtungsfläche auf die Detektionsfläche ein ortsabhängiger Uniformitätsunterschied entsteht. Für eine erfolgreiche Messung ist eine Kalibrierung sinnvoll, um Beleuchtungsvariationen der Beleuchtungsquelle sowie designseitige Intensitätsvariationen, z.B. durch Schichten an den optischen Elementen, die nichts mit Unsauberkeiten zu tun haben, herauszurechnen.One approach to detecting imperfections on optical elements, more precisely on optically used surfaces of optical elements, provides for using a self-illuminating illumination source, e.g. an LED, to illuminate an area of illumination. Impurities on the optical elements have a specific effect depending on the place of origin in that a location-dependent difference in uniformity arises when the illumination area is imaged on the detection area. For a successful measurement, a calibration makes sense in order to calculate out lighting variations of the lighting source as well as design-related intensity variations, e.g. due to layers on the optical elements, which have nothing to do with imperfections.

Aus der EP 2 064 597 B1 ist ein Beleuchtungssystem für eine Projektionsbelichtungsanlage bekannt geworden, das eine Lichtquelle zur Ausleuchtung einer Austrittspupillenebene sowie ein facettiertes Element zur Veränderung der Ausleuchtung der Austrittspupillenebene umfasst. Das facettierte Element ermöglicht es, wenigstens eine erste Ausleuchtung in der Austrittspupillenebene in eine zweite Ausleuchtung in der Austrittspupillenebene zu ändern. Das Beleuchtungssystem kann eine Speichereinheit aufweisen, in der eine Vielzahl von Kalibrierwerten für unterschiedliche Ausleuchtungen der Austrittspupillenebene in einer Kalibriertabelle abgelegt sind. Das Beleuchtungssystem weist einen Detektor auf, um in Abhängigkeit davon, welche Ausleuchtung in der Austrittspupillenebene eingestellt wurde, ein Steuersignal zur Verfügung zu stellen, mit dem eine Scangeschwindigkeit der Projektionsbelichtungsanlage eingestellt werden kann. Der Detektor kann an oder in der Nähe einer Objektebene oder der Bildebene der Projektionsbelichtungsanlage angeordnet sein.From the EP 2 064 597 B1 an illumination system for a projection exposure system has become known, which comprises a light source for illuminating an exit pupil plane and a faceted element for changing the illumination of the exit pupil plane. The faceted element makes it possible to change at least a first illumination in the exit pupil plane into a second illumination in the exit pupil plane. The illumination system can have a memory unit in which a large number of calibration values for different illuminations of the exit pupil plane are stored in a calibration table. The illumination system has a detector in order to provide a control signal depending on which illumination was set in the exit pupil plane, with which a scanning speed of the projection exposure system can be set. The detector can be arranged on or in the vicinity of an object plane or the image plane of the projection exposure system.

Aufgabe der Erfindungobject of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, ein optisches System bereitzustellen, welches die Erkennung von Unsauberkeiten, insbesondere der Lage von Unsauberkeiten, auf optischen Elementen im Einbauzustand der optischen Elemente verbessert.The object of the invention is to provide an optical system which improves the detection of imperfections, in particular the position of imperfections, on optical elements when the optical elements are installed.

Gegenstand der Erfindungsubject of the invention

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein optisches System, das ausgebildet ist, unterschiedliche Winkelverteilungen der von der Beleuchtungsfläche zur Detektionsfläche gelangenden Beleuchtungsstrahlung einzustellen, und bei dem die Auswerteeinrichtung ausgebildet ist, anhand der Intensität der Beleuchtungsstrahlung auf der Detektionsfläche bei den unterschiedlichen Winkelverteilungen auf Unsauberkeiten an den optischen Elementen, insbesondere auf die Lage der Unsauberkeiten an den optischen Elementen, zu schließen.This object is achieved by an optical system that is designed to set different angular distributions of the illumination radiation reaching the detection surface from the illumination surface, and in which the evaluation device is designed to use the intensity of the illumination radiation on the detection surface for the different angular distributions to check for imperfections on the optical Elements, especially the location of the imperfections on the optical elements to close.

Bei dem erfindungsgemäßen optischen System wird die Winkelverteilung variiert, mit der die Beleuchtungsstrahlung von der Beleuchtungsfläche zur Detektionsfläche gelangt. Jedem Abstrahlpunkt an der Beleuchtungsfläche mit gegebener Richtung bzw. mit gegebenem Abstrahlwinkel entspricht ein Beleuchtungsstrahl durch das optische System mit individuellen Flächendurchtrittspunkten an den optischen Elementen. Trifft ein solcher Beleuchtungsstrahl auf eine Unsauberkeit, wird er absorbiert und/oder abgelenkt und trifft mit verminderter Intensität am ursprünglichen Bildpunkt auf. Wird folglich die Winkelverteilung bzw. werden die Beleuchtungsrichtungen variiert, so werden die Beleuchtungsstrahlen verändert, die zwischen einem bestimmten Objektpunkt der Beleuchtungsfläche und einem - aufgrund der Abbildung - zugehörigen Bildpunkt durch das optische System bzw. durch das Projektionssystem laufen. Entsprechend verändern sich auch die Orte an den optischen Elementen, die durch diese Beleuchtungsstrahlen abgefragt werden.In the optical system according to the invention, the angular distribution with which the illumination radiation reaches the detection surface from the illumination surface is varied. An illumination beam through the optical system with individual surface penetration points on the optical elements corresponds to each emission point on the illumination surface with a given direction or with a given emission angle. If such an illumination beam hits an imperfection, it is absorbed and/or deflected and hits the original image point with reduced intensity. Consequently, if the angular distribution or the directions of illumination are varied, the illumination beams are changed which run through the optical system or through the projection system between a specific object point of the illuminated surface and an associated image point--due to the image. The locations on the optical elements that are interrogated by these illumination beams also change accordingly.

Bei einer Erfassung von Unsauberkeiten mit konstanter Winkelverteilung bzw. Beleuchtung kann nur der Vergleich zwischen unterschiedlichen Feldpunkten Intensitätsunterschiede offenbaren. Daher ist eine konstante oder komplett kalibrierte flächige Helligkeit der Beleuchtungsquelle erforderlich, welche die Beleuchtungsfläche beleuchtet. Durch die Variation der Winkelverteilung kann diese Anforderung bei der Messung mit mehreren Beleuchtungen bzw. Winkelverteilungen entspannt werden oder ggf. vollständig entfallen.When imperfections are detected with a constant angular distribution or illumination, only the comparison between different field points can reveal differences in intensity. Therefore, a constant or fully calibrated areal brightness of the illumination source that illuminates the illumination area is required. By varying the angular distribution, this requirement can be relaxed or, if necessary, completely eliminated when measuring with several illuminations or angular distributions.

Darüber hinaus liefert die Tatsache, dass der Intensitätsverlust für eine oder mehrere bekannte Beleuchtungen und entsprechende Abstrahlwinkel-Verteilungen auftritt, einen Hinweis auf die Fehlerursache bzw. auf die Lage/den Ort, an dem die Verunreinigung in dem Strahlengang zwischen der Beleuchtungsfläche und der Detektionsfläche auftritt, wie das nachfolgende Beispiel illustriert:

Nehmen wir vereinfachend an, dass die Beleuchtungsfläche nur in eine einzige Beleuchtungsrichtung abstrahlt (kohärenter Grenzfall) und dass die Beleuchtung der Beleuchtungsfläche zwischen z.B. zehn unterschiedlichen Beleuchtungen variiert wird, die zehn unterschiedlichen Beleuchtungsrichtungen an der Beleuchtungsfläche entsprechen.

In addition, the fact that the loss of intensity occurs for one or more known illuminations and corresponding beam angle distributions provides an indication of the error matter or the position/place where the contamination occurs in the beam path between the illumination surface and the detection surface, as illustrated in the following example:

Let's assume for the sake of simplicity that the illuminated area only radiates in a single illumination direction (coherent limiting case) and that the illumination of the illuminated area is varied between, for example, ten different illuminations that correspond to ten different illumination directions on the illuminated area.

Nachfolgend konzentrieren wir uns auf die Lichtintensität an einem einzelnen festen Bildpunkt an der Detektionsfläche. Im hier beschriebenen Beispiel sehen die Beleuchtungsstrahlen zu den Beleuchtungen 1 bis 9 keine Unsauberkeit im Strahlengang zwischen der Beleuchtungsfläche und der Detektionsfläche. In diesem Fall ist die Intensität der Beleuchtungsstrahlung ausschließlich durch die Helligkeit bzw. die Intensität des Quellorts an der Beleuchtungsfläche bestimmt (es herrscht eine eineindeutige Zuordnung zwischen Punkten auf der Beleuchtungsfläche und Punkten auf der Detektionsfläche, so dass ein gegebener Punkt der Detektionsfläche nur von einem einzigen Punkt der Beleuchtungsfläche beleuchtet wird) sowie durch designseitige Variationen der Systemtransmission, weil (reflektierende) Schichten an den optischen Elementen unter verschiedenen Winkeln beleuchtet werden und daher ein unterschiedliches Reflexions- oder Transmissionsvermögen aufweisen. Diese Variation in der Transmission des optischen Systems wird sehr gering ausfallen oder ist zumindest anhand des optischen Designs sowie des Schichtdesigns der (in der Regel reflektierenden) Schichten an den optischen Elementen bekannt und kann entsprechend durch eine Korrekturrechnung eliminiert werden.In the following we focus on the light intensity at a single fixed pixel on the detection surface. In the example described here, the illumination beams for illuminations 1 to 9 do not see any uncleanliness in the beam path between the illumination area and the detection area. In this case, the intensity of the illumination radiation is determined exclusively by the brightness or the intensity of the source location on the illumination area (there is a one-to-one correspondence between points on the illumination area and points on the detection area, so that a given point on the detection area can only be detected by a single point of the illumination surface is illuminated) as well as by design-related variations in the system transmission, because (reflective) layers on the optical elements are illuminated at different angles and therefore have a different reflectance or transmission capacity. This variation in the transmission of the optical system will be very small or is at least known from the optical design and the layer design of the (usually reflective) layers on the optical elements and can be eliminated accordingly by a correction calculation.

Für die Beleuchtungsquelle fordern wir eine ausreichende zeitliche Konstanz der Helligkeit punktweise, nicht notwendig vollflächig. Die Beleuchtungsquelle kann zu diesem Zweck beispielsweise eine oder eine Mehrzahl von Leuchtdioden aufweisen, welche ggf. durch streuende Elemente ergänzt werden. In diesem Fall sind (ggf. nach der oben erwähnten Korrektur) für die Beleuchtungen 1-9 gleiche Beleuchtungsintensitäten an dem Bildpunkt an der Detektionsfläche zu erwarten. Beleuchtung 10 generiert in diesem Beispiel einen Beleuchtungsstrahl, der auf eine Unsauberkeit trifft. Dadurch verliert der Beleuchtungsstrahl bei Beleuchtung 10 an Helligkeit, was zu einer verringerten detektierten Intensität an der Detektionsfläche führt. Im hier beschriebenen Beispiel muss der Fehler bzw. die Unsauberkeit in jenen Teilbereichen an den optisch genutzten Oberflächen der optischen Elemente im Strahlengang auftreten, die von dem Beleuchtungsstrahl der Beleuchtung 10 gesehen werden, was den Bereich auf jedem der optischen Elemente von einer kompletten Subapertur auf nahezu einen Punkt eingrenzt. Die Subapertur ist hierbei durch jenen Teilbereich einer optisch genutzten Oberfläche eines optischen Elements gegeben, welcher von dem betreffenden Feldpunkt der Beleuchtungsfläche beleuchtet werden. Besonders bei pupillennahen optischen Elementen umfasst die Subapertur den überwiegenden Teil der optisch genutzten Oberfläche.For the lighting source, we require a sufficient temporal constancy of brightness point by point, not necessarily over the entire surface. For this purpose, the illumination source can have, for example, one or a plurality of light-emitting diodes, which are optionally supplemented by scattering elements. In this case (possibly after the correction mentioned above) for the illuminations 1-9 the same illumination intensities are to be expected at the pixel on the detection surface. In this example, illumination 10 generates an illumination beam that hits an imperfection. As a result, the illumination beam loses brightness when illuminated 10, which leads to a reduced detected intensity on the detection surface. In the example described here, the error or imperfection must occur in those sub-areas on the optically used surfaces of the optical elements in the beam path that are seen by the illumination beam of the illumination 10, which increases the area on each of the optical elements from a complete sub-aperture to almost delimits a point. In this case, the sub-aperture is given by that sub-area of an optically used surface of an optical element which is illuminated by the relevant field point of the illuminated area. Particularly in the case of optical elements close to the pupil, the subaperture covers the predominant part of the optically used surface.

Werden von der Auswerteeinrichtung die Informationen über den Intensitätsabfall in Abhängigkeit vom Feldort an der Beleuchtungsfläche mit den bekannten Eigenschaften der jeweils eingestellten Winkelverteilung der Beleuchtungsstrahlung kombiniert, lässt sich die Unsauberkeit oftmals direkt einem kleinen Teilbereich einer optisch genutzten Oberfläche eines einzelnen optischen Elements im Strahlengang zuordnen, d.h. es kann auf die Lage der Unsauberkeit an dem optischen Element geschlossen werden. Andere Verfahren benutzen zu diesem Zweck vorab berechnete Sensitivitätstabellen, tomographische Verfahren oder aber diese berücksichtigen die so genannte Wanderungsgeschwindigkeit des Helligkeitsabfalls als Funktion von Richtung und Feld.If the evaluation device combines the information about the drop in intensity as a function of the field location on the illumination surface with the known properties of the set angular distribution of the illumination radiation, the uncleanliness can often be directly assigned to a small sub-area of an optically used surface of an individual optical element in the beam path, i.e. the position of the impurity on the optical element can be inferred. For this purpose, other methods use previously calculated sensitivity tables, tomographic methods or these take into account the so-called migration speed of the brightness drop as a function of direction and field.

Anhand des nachfolgenden Beispiels wird das Schließen auf die Lage der Unsauberkeiten anhand der Informationen über den vom Feldort und der Beleuchtung abhängigen Intensitätsabfall illustriert: Geht man davon aus, dass eine gegebene Unsauberkeit (Fehler) für einen links der Feldmitte gelegenen Feldpunkt auf der Detektionsfläche von einem Beleuchtungsstrahl aus einer Richtung rechts der Pupillenmitte getroffen wird, so liegt dieser Fehler bzw. diese Unsauberkeit direkt in der Feldmitte in der Pupillenmitte und wandert an einer Feldposition rechts davon in die linke Pupillenhälfte. Bildet z.B. ein Pol in der linken Pupillenhälfte eine erste Beleuchtung, ein Kreisgebiet in der Pupillenmitte eine zweite Beleuchtung und ein Pol in der rechten Pupillenhälfte eine dritte Beleuchtung, so wird an dem links gelegenen Feldpunkt die Beleuchtung 3 gegenüber der Beleuchtung 1 und 2 eine verringerte Intensität liefern. In der Feldmitte fällt hingegen die Beleuchtung 2 gegenüber den Beleuchtungen 1 und 3 ab, während im rechts gelegenen Feldpunkt die Beleuchtungen 2 und 3 eine höhere Intensität als die Beleuchtung 1 liefern. The following example illustrates how the location of the imperfections can be deduced based on the information about the drop in intensity that depends on the field location and the illumination: Assuming that a given imperfection (fault) for a field point to the left of the center of the field on the detection area of a If the illumination beam is struck from a direction to the right of the center of the pupil, this error or imperfection is located directly in the center of the field in the center of the pupil and migrates to a field position to the right of it in the left half of the pupil. If, for example, a pole in the left half of the pupil forms a first illumination, a circular area in the middle of the pupil forms a second illumination and a pole in the right half of the pupil forms a third illumination, then at the field point on the left, illumination 3 has a reduced intensity compared to illumination 1 and 2 deliver. In the center of the field, on the other hand, illumination 2 falls below illumination 1 and 3, while illumination 2 and 3 provide a higher intensity than illumination 1 in the field point to the right.

Nimmt man bei dem weiter oben beschriebenen Beispiel an, dass das optische System eine Rotationssymmetrie oder zumindest eine Spiegelsymmetrie an der Achse aufweist, welche „rechts“ und „links“ teilt, dann liegt der oben beschriebene Fehler bzw. die Unsauberkeit in der Mitte eines optischen Elements, das zwischen einer Feldebene, z.B. der Objektebene, und einer ersten Pupillenebene oder aber zwischen einer weiteren Feldebene, z.B. einer Zwischenbildebene, und der nächsten Pupillenebene liegt. Läge auf diesem optischen Element eine Unsauberkeit im linken Teilbereich des optischen Elements, so könnte nur für den linken Feldpunkt Beleuchtung 2 in ihrer Intensität reduziert sein, für die Feldmitte die Beleuchtung 1 und für den rechten Feldpunkt gäbe es keine beleuchtungsabhängige Variation, weil dessen Subapertur mit diesem Fehler bzw. mit dieser Unsauberkeit nicht überlappt.If one assumes in the example described above that the optical system has rotational symmetry or at least mirror symmetry on the axis that divides "right" and "left", then the error or imperfection described above lies in the middle of an optical system Element between a field level, eg the object level, and a first pupil level or between another field plane, for example an intermediate image plane, and the next pupil plane. If there were an imperfection in the left sub-area of the optical element on this optical element, the intensity of illumination 2 could only be reduced for the left field point, illumination 1 for the field center and there would be no illumination-dependent variation for the right field point, because its subaperture with not overlapped with this error or with this uncleanliness.

Häufig lässt sich eine feinere Unterteilung beim Schließen auf die Lage der Unsauberkeit erreichen, indem weitere Beleuchtungen bzw. Beleuchtungseinstellungen vermessen werden. In diesem Fall kann beispielsweise eine Größe in Form des Verhältnisses von Pupillenänderung zu Feldänderung ermittelt werden, welche von der Position des verursachenden optischen Elements (feldnah, intermediär oder pupillennah) abhängt und für dieses optische Element oder für eine kleine Gruppe in Frage kommender optischer Elemente charakteristisch ist. Zugleich lässt sich auf dem jeweiligen optischen Element eingrenzen, wo die Ursache bzw. wo die Unsauberkeit liegt.A finer subdivision can often be achieved when determining the location of the uncleanliness by measuring additional lighting or lighting settings. In this case, for example, a variable can be determined in the form of the ratio of pupil change to field change, which depends on the position of the causative optical element (near the field, intermediate or near the pupil) and is characteristic of this optical element or of a small group of optical elements in question is. At the same time, it can be narrowed down to the respective optical element where the cause or where the uncleanliness lies.

Für die Einstellung unterschiedlicher Winkelverteilungen bzw. unterschiedlicher Beleuchtungen der flächigen Beleuchtung bestehen verschiedene Möglichkeiten.There are various options for setting different angular distributions or different illuminations of the planar illumination.

Bei einer Ausführungsform weist das optische System ein Beleuchtungssystem auf, das ausgebildet ist, die Winkelverteilung der Beleuchtungsstrahlung an der Beleuchtungsfläche zu variieren. Bei dieser Ausführungsform ermöglicht es das Beleuchtungssystem, unterschiedliche Beleuchtungseinstellungen („settings“) einzustellen, die eine unterschiedliche Winkelverteilung auf der Beleuchtungsfläche erzeugen. In einer zu der Beleuchtungsfläche komplementären Pupillenebene kann beispielsweise eine Dipol-Beleuchtung mit zwei oder mehr Polen außerhalb der Pupillenmitte, eine Ringfeld-Beleuchtung, bei der ein ringförmiger Bereich in der Pupillenebene ausgeleuchtet wird, ein uniforme Beleuchtung, etc. realisiert werden. Beleuchtungssysteme, welche die Einstellung unterschiedlicher Beleuchtungssettings bzw. Winkelverteilungen ermöglichen, sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden häufig bei optischen Systemen in Form von Projektionsbelichtungsanlagen für die Mikrolithographie eingesetzt. Es sind insbesondere Beleuchtungssysteme bekannt, welche mit nahezu beliebiger Flexibilität eine variable Beleuchtung bereitstellen und auf diese Weise eine feine Vermessung des optischen Systems ermöglichen. Zur Einstellung von Beleuchtungssettings mit unterschiedlichem Kohärenzgrad können beispielsweise Blenden verwendet werden, wie dies in der EP 2064597B1 beschrieben ist. Zur Einstellung unterschiedlicher Beleuchtungssettings kann auch die Zuordnung der Lichtkanäle in einem doppelt facettierten Beleuchtungssystem verändert werden, beispielsweise wie dies in der US2002136351A1 beschrieben ist.In one embodiment, the optical system has an illumination system that is designed to vary the angular distribution of the illumination radiation on the illumination surface. In this embodiment, the lighting system makes it possible to set different lighting settings (“settings”) that produce a different angular distribution on the lighting surface. In a pupil plane complementary to the illumination area, for example, dipole illumination with two or more poles outside the center of the pupil, ring field illumination in which a ring-shaped area in the pupil plane is illuminated, uniform illumination, etc. can be implemented. Illumination systems which enable different illumination settings or angular distributions to be set are known from the prior art and are frequently used in optical systems in the form of projection exposure systems for microlithography. In particular, lighting systems are known which provide variable lighting with almost any flexibility and in this way enable fine measurement of the optical system. To set lighting settings with different degrees of coherence, apertures can be used, for example, as is shown in FIG EP2064597B1 is described. To set different lighting settings, the allocation of the light channels can also be changed in a double-faceted lighting system, for example as shown in FIG US2002136351A1 is described.

Es kann jedoch der Fall eintreten, dass bei einer Messung nach der Montage der optischen Elemente im Projektionssystem noch kein Beleuchtungssystem in das optische System integriert ist oder dass die Messung bzw. das Schließen auf die Unsauberkeiten nicht bei der Betriebswellenlänge erfolgen soll, so dass im ungünstigsten Fall ein dediziertes Beleuchtungssystem speziell für diese Messung bereitzustellen wäre. Dieser Aufwand könnte ggf. die Attraktivität der hier beschriebenen Lösung mindern.However, the case can arise that, when measuring after the optical elements have been installed in the projection system, no lighting system has yet been integrated into the optical system, or that the measurement or the imperfections should not be measured at the operating wavelength, so that in the most unfavorable If a dedicated lighting system were to be provided specifically for this measurement. This effort could possibly reduce the attractiveness of the solution described here.

Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst das optische System mindestens ein transmittierendes optisches Element mit einer einfallswinkelabhängigen Transmission, wobei das transmittierende optische Element wahlweise in dem Strahlengang zwischen der Beleuchtungsfläche und der Detektionsfläche oder außerhalb des Strahlengangs zwischen der Beleuchtungsfläche und der Detektionsfläche positionierbar ist.In a further embodiment, the optical system comprises at least one transmitting optical element with a transmission dependent on the angle of incidence, wherein the transmitting optical element can be positioned either in the beam path between the illumination surface and the detection surface or outside of the beam path between the illumination surface and the detection surface.

Alternativ oder zusätzlich zur Einstellung der Winkelverteilung mit Hilfe des Beleuchtungssystems ist es möglich, die Winkelverteilung mit Hilfe von einem oder von mehreren transmittierenden optischen Elementen einzustellen, deren Transmission vom Einfallswinkel der Beleuchtungsstrahlung auf das transmittierende optische Element abhängig ist. Mit Hilfe eines solchen transmittierenden optischen Elements lassen sich zwei unterschiedliche Winkelverteilungen einstellen, je nachdem, ob das transmittierende optische Element im Strahlengang angeordnet ist oder nicht. Um die Anzahl der einstellbaren Winkelverteilungen zu erhöhen, weist das optische System bevorzugt zwei oder mehr transmittierende optische Elemente auf. Es ist möglich, dass diese transmittierenden optischen Elemente gegeneinander ausgetauscht werden können, so dass wahlweise ein einziges der transmittierenden optischen Elemente im Strahlengang angeordnet ist, um die Anzahl der einstellbaren Winkelverteilungen zu erhöhen.As an alternative or in addition to adjusting the angular distribution using the illumination system, it is possible to adjust the angular distribution using one or more transmitting optical elements, the transmission of which depends on the angle of incidence of the illumination radiation on the transmitting optical element. With the help of such a transmitting optical element, two different angular distributions can be set, depending on whether the transmitting optical element is arranged in the beam path or not. In order to increase the number of angular distributions that can be set, the optical system preferably has two or more transmitting optical elements. It is possible for these transmitting optical elements to be exchanged for one another, so that a single one of the transmitting optical elements is optionally arranged in the beam path in order to increase the number of angular distributions that can be set.

Bei einer Weiterbildung dieser Ausführungsform sind mindestens zwei transmittierende optische Elemente wahlweise gemeinsam im Strahlengang zwischen der Beleuchtungsfläche und der Detektionsfläche oder außerhalb des Strahlengangs zwischen der Beleuchtungsfläche und der Detektionsfläche positionierbar. Zusätzlich oder alternativ zur Möglichkeit, die einzelnen transmittierenden optischen Elemente auszutauschen, können in diesem Fall zwei oder mehr transmittierende optische Elemente gemeinsam - an unterschiedlichen Stellen - im Strahlengang angeordnet werden.In a further development of this embodiment, at least two transmitting optical elements can optionally be positioned together in the beam path between the illumination area and the detection area or outside of the beam path between the illumination area and the detection area. In addition or as an alternative to the possibility of exchanging the individual transmitting optical elements, two or more transmitting optical elements can be used in this case elements together - at different points - are arranged in the beam path.

Bei einer weiteren Weiterbildung dieser Ausführungsform ist ein Abstand zwischen den mindestens zwei transmittierenden optischen Elementen einstellbar. Für die Einstellung unterschiedlicher Winkelverteilungen wird in diesem Fall der Abstand zwischen den transmittierenden optischen Elementen eingestellt bzw. verändert. Dies ist günstig, wenn der Austausch bzw. das Ein- und Ausbringen der transmittierenden optischen Elemente während der Messung zu aufwändig ist oder aufgrund von beweglichen Teilen ein großes Kontaminationsrisiko birgt. Bei dieser Ausführungsform werden die transmittierenden optischen Elemente - typischerweise vor der Messung - gemeinsam in den Strahlengang eingebracht. Während der Messung wird der Abstand zwischen den transmittierenden optischen Elementen variiert und nach der Messung werden die transmittierenden optischen Elemente wieder aus dem Strahlengang entfernt. Für das Ein- und Ausbringen des bzw. der transmittierenden optischen Elemente kann das optische System eine Transporteinrichtung aufweisen, die mit Hilfe eines Antriebs bewegt werden kann.In a further development of this embodiment, a distance between the at least two transmitting optical elements can be adjusted. In this case, the distance between the transmitting optical elements is set or changed in order to set different angular distributions. This is beneficial if the exchange or insertion and removal of the transmitting optical elements during the measurement is too complex or involves a high risk of contamination due to moving parts. In this embodiment, the transmitting optical elements are brought together into the beam path—typically before the measurement. During the measurement the distance between the transmitting optical elements is varied and after the measurement the transmitting optical elements are removed from the beam path again. For bringing in and removing the transmitting optical element or elements, the optical system can have a transport device that can be moved with the aid of a drive.

Bei einer weiteren Weiterbildung ist das mindestens eine transmittierende optische Element plattenförmig und weist bevorzugt eine Dicke von weniger als 10 mm, insbesondere von weniger als 1 mm auf. Bei dem plattenförmigen optischen Element kann es sich um eine dünne, in der Regel beschichtete Platte oder um eine Membran handeln. Die Dicke des plattenförmigen optischen Elements sollte nicht zu groß gewählt werden, um zu verhindern, dass sich beim Einbringen des transmittierenden optischen Elements der Strahlengang zwischen der Beleuchtungsfläche und der Detektionsfläche merklich verändert.In a further development, the at least one transmitting optical element is plate-shaped and preferably has a thickness of less than 10 mm, in particular less than 1 mm. The plate-shaped optical element can be a thin, usually coated plate or a membrane. The thickness of the plate-shaped optical element should not be too large in order to prevent the beam path between the illumination surface and the detection surface from changing noticeably when the transmitting optical element is introduced.

Bei einer weiteren Ausführungsform weist das plattenförmige transmittierende optische Element an mindestens einer Seite eine Beschichtung mit einer wellenlängenabhängigen Transmission auf. Die Beschichtung kann beispielsweise aus Silber gebildet sein. Die Beschichtung, d.h. eine oder eine Mehrzahl von Schichten bildet einen Wellenlängenfilter, typischerweise in Form eines Interferenzfilters. Dessen Wirkung entspricht bei näherungsweise monochromatischem Licht einer Winkelfilterung. Der Grund dafür ist die Phasenbedingung bei dünnen Schichten. Für konstruktive Interferenz in Reflexion, d.h. eine niedrige Transmission, gilt beispielsweise näherungsweise für die Schichtdicke D: $D \approx \frac{λ}{4 n c o s (α)}$

wobei λ die Wellenlänge, n die Brechzahl und α der Inzidenzwinkel ist. Die obige Bedingung ist also immer erfüllt, wenn

\frac{λ}{cos (α)}

konstant ist. Daher gibt es einen Zusammenhang zwischen Wellenlängenfilterung bei festem Winkel und Winkelfilterung bei fester Wellenlänge.In a further embodiment, the plate-shaped transmitting optical element has a coating with a wavelength-dependent transmission on at least one side. The coating can be made of silver, for example. The coating, ie one or a plurality of layers, forms a wavelength filter, typically in the form of an interference filter. In the case of approximately monochromatic light, its effect corresponds to angular filtering. The reason for this is the phase condition in thin films. For example, for constructive interference in reflection, ie low transmission, the following applies approximately to the layer thickness D:

D \approx \frac{λ}{4 n c O s (a)}

where λ is the wavelength, n is the refractive index and α is the angle of incidence. The above condition is therefore always satisfied if

\frac{λ}{cos (a)}

is constant. Therefore, there is a correlation between fixed-angle wavelength filtering and fixed-wavelength angle filtering.

Als Wellenlängenfilter bzw. als Interferenzfilter kann beispielsweise eine Beschichtung aus Silber oder einem anderen geeigneten Material dienen. Die Beschichtung kann aber auch mehrere Schichten aus unterschiedlichen Materialien aufweisen, die als Wellenlängenfilter wirken.A coating of silver or another suitable material can be used, for example, as a wavelength filter or as an interference filter. However, the coating can also have several layers made of different materials, which act as wavelength filters.

Bei einer Weiterbildung ist das im Strahlengang positionierte plattenförmige optische Element deformierbar, verkippbar und/oder um eine Drehachse drehbar gelagert. Durch die Deformation bzw. Verkippung des plattenförmigen optischen Elements wird (ggf. lokal) der Einfallswinkel der Beleuchtungsstrahlung auf das plattenförmige optische Element verändert, wodurch sich die einfallswinkelabhängige Transmission und damit das Winkelspektrum der Beleuchtungsstrahlung verändert.In a further development, the plate-shaped optical element positioned in the beam path is mounted so that it can be deformed, tilted and/or rotated about an axis of rotation. The deformation or tilting of the plate-shaped optical element changes (possibly locally) the angle of incidence of the illumination radiation onto the plate-shaped optical element, as a result of which the transmission angle-dependent and thus the angle spectrum of the illumination radiation changes.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist das mindestens eine transmittierende optische Element in einem Bereich im Strahlengang positionierbar, an dem ein Einfallswinkelspektrum auf das transmittierende optische Element mindestens 15°, bevorzugt mindestens 20°, besonders bevorzugt mindestens 25° übersteigt. Die Wirkung eines Wellenlängen- bzw. Interferenzfilters zur Winkelfilterung ist insbesondere bei hohen Einfallswinkeln bzw. bei einem vergleichsweise großen Einfallswinkelspektrum wirksam, so dass das transmittierende optische Element bevorzugt in einem Bereich mit großem Einfallswinkelspektrum im Strahlengang positioniert wird. Ein großes Einfallswinkelspektrum ist günstig, um bei der Einstellung der unterschiedlichen Winkelverteilungen eine möglichst große Variation der Intensität der auf die Detektionsfläche auftreffenden Beleuchtungsstrahlung zu erzeugen. Bei einem optischen System in Form eines Lithographiesystems existiert ein solcher Bereich im Strahlengang typischerweise zwischen dem letzten optischen Element des Projektionssystems und der Bildebene, in der während des Belichtungsbetriebs der Wafer angeordnet ist. Die Anordnung des bzw. der transmittierenden optischen Element(e) in diesem Bereich hat sich daher als vorteilhaft erwiesen.In a further embodiment, the at least one transmitting optical element can be positioned in a region in the beam path where an angle of incidence spectrum on the transmitting optical element exceeds at least 15°, preferably at least 20°, particularly preferably at least 25°. The effect of a wavelength or interference filter for angle filtering is particularly effective at high angles of incidence or at a comparatively large spectrum of angles of incidence, so that the transmitting optical element is preferably positioned in the beam path in a region with a large spectrum of angles of incidence. A large spectrum of angles of incidence is favorable in order to produce the greatest possible variation in the intensity of the illumination radiation impinging on the detection surface when setting the different angular distributions. In the case of an optical system in the form of a lithography system, such a region in the beam path typically exists between the last optical element of the projection system and the image plane in which the wafer is arranged during the exposure operation. The arrangement of the transmitting optical element(s) in this area has therefore proven to be advantageous.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist das optische System ausgebildet, bei der Einstellung der unterschiedlichen Winkelverteilungen für mindestens einen Winkel die Intensität der auf die Detektionsfläche auftreffenden Beleuchtungsstrahlung um mindestens 5%, bevorzugt um mindestens 20%, besonders bevorzugt um mindestens 50% zu variieren. Unter der Variation der Intensität wird die Differenz zwischen der maximalen Intensität und der minimalen Intensität bezogen auf die maximale Intensität verstanden. Die Variation der Intensität der Beleuchtungsstrahlung in dem oben angegebenen Wertebereich ist für mindestens eine Position an der Detektionsfläche möglich, insbesondere kann eine solche Variation der Intensität aber auch an allen Positionen an der Detektionsfläche erzeugt werden . Die Winkelabhängigkeit, die mit der Beschichtung erzeugt wird, gilt für die gesamte Detektionsfläche, sofern die Beschichtung homogen ist, d.h. wenn die Beschichtung einen vom Ort unabhängige konstante Dicke und einen konstanten Brechungsindex aufweist.In a further embodiment, the optical system is designed to vary the intensity of the illumination radiation impinging on the detection surface by at least 5%, preferably by at least 20%, particularly preferably by at least 50% when setting the different angular distributions for at least one angle ren. The variation of the intensity is understood to mean the difference between the maximum intensity and the minimum intensity in relation to the maximum intensity. The variation of the intensity of the illumination radiation in the value range specified above is possible for at least one position on the detection surface, but in particular such a variation in intensity can also be generated at all positions on the detection surface. The angular dependency generated by the coating applies to the entire detection area if the coating is homogeneous, ie if the coating has a constant thickness independent of location and a constant refractive index.

Die weiter oben beschriebenen Beispiele stellen Möglichkeiten dar, die Beleuchtung so zu variieren bzw. zu verändern, dass je nach Lage und Beschaffenheit einer Unsauberkeit ein charakteristisches Signal im Messaufbau bzw. bei der Messung resultiert.The examples described above represent options for varying or changing the lighting in such a way that, depending on the location and nature of an imperfection, a characteristic signal results in the measurement setup or during the measurement.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Beleuchtungsfläche in einer ersten Feldebene des Projektionssystems gebildet und die Detektionsfläche ist in einer zweiten Feldebene des Projektionssystems gebildet, wobei die erste Feldebene bevorzugt eine Objektebene des Projektionssystems bildet und wobei die zweite Feldebene bevorzugt eine Bildebene des Projektionssystems bildet, oder umgekehrt. Die Beleuchtungsfläche ist bevorzugt entweder in der Objektebene oder in der Bildebene des Projektionssystems gebildet. Entsprechend ist die Detektionsfläche entweder in der Bildebene des Projektionssystems gebildet oder in der Objektebene des Projektionssystems, wenn die Beleuchtung mit der Beleuchtungsstrahlung von der Bildebene aus erfolgt. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, die Beleuchtungsfläche bzw. die Detektionsfläche in anderen Feldebenen, z.B. in Zwischenbildebenen, zu bilden.In a further embodiment, the illumination surface is formed in a first field plane of the projection system and the detection surface is formed in a second field plane of the projection system, the first field plane preferably forming an object plane of the projection system and the second field plane preferably forming an image plane of the projection system, or vice versa . The illumination surface is preferably formed either in the object plane or in the image plane of the projection system. Correspondingly, the detection surface is formed either in the image plane of the projection system or in the object plane of the projection system if the illumination with the illumination radiation takes place from the image plane. In principle, however, it is also possible to form the illumination surface or the detection surface in other field planes, e.g. in intermediate image planes.

Bei einer Weiterbildung überdeckt die Beleuchtungsfläche den Strahlengang des Projektionssystems in der ersten Feldebene und die Detektionsfläche überdeckt den Strahlengang des Projektionssystems in der zweiten Feldebene. Es ist günstig, wenn die Beleuchtungsfläche bzw. die Detektionsfläche den gesamten Strahlengang bzw. den gesamten optisch genutzten Bereich überdecken. Für den Fall, dass die Beleuchtungsfläche die Objektebene des Projektionssystems bildet, überdeckt die Beleuchtungsfläche in diesem Fall das gesamte Objektfeld, Für den Fall, dass die Detektionsfläche die Bildebene des Projektionssystems bildet, überdeckt die Detektionsfläche in diesem Fall das gesamte Bildfeld des Projektionssystems. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, dass die Beleuchtungsfläche und/oder die Detektionsfläche nur einen Teilbereich des Strahlengangs in der jeweiligen ersten bzw. zweiten Feldebene überdecken.In a development, the illumination surface covers the beam path of the projection system in the first field plane and the detection surface covers the beam path of the projection system in the second field plane. It is favorable if the illumination surface or the detection surface covers the entire beam path or the entire optically used area. In the event that the illumination surface forms the object plane of the projection system, the illumination surface covers the entire object field in this case. In the event that the detection surface forms the image plane of the projection system, the detection surface covers the entire image field of the projection system in this case. In principle, however, it is also possible for the illumination surface and/or the detection surface to cover only a partial area of the beam path in the respective first or second field plane.

Zusätzlich oder alternativ zu der weiter oben beschriebenen Vorgehensweise können optische Elemente in einem optischen System, die in einem Gehäuse untergebracht bzw. durch mechanische Hüllen geschützt sind, auch mit Hilfe einer Kamera bzw. eines Detektors, die bzw. der endoskopisch ausgelegt sein kann, auf Unsauberkeiten bzw. auf Sauberkeitsfehler überprüft werden. Zu diesem Zweck kann entweder eine dedizierte Beleuchtung auf dieses optische Element gerichtet werden oder das optische Element kann mit Licht im Nutzstrahlengang (bei der Betriebswellenlänge oder abweichend davon) beleuchtet werden und die Kamera bzw. der Detektor kann außerhalb des Nutzstrahlengangs platziert werden, so dass die Kamera bzw. der Detektor nur von Streulicht, das an Unsauberkeiten erzeugt wird, beleuchtet wird.In addition or as an alternative to the procedure described above, optical elements in an optical system that are housed in a housing or protected by mechanical covers can also be detected with the aid of a camera or a detector that can be designed endoscopically Uncleanliness or cleanliness errors are checked. For this purpose, either dedicated lighting can be directed onto this optical element, or the optical element can be illuminated with light in the useful beam path (at the operating wavelength or deviating from it) and the camera or detector can be placed outside the useful beam path, so that the Camera or the detector is only illuminated by scattered light that is generated at imperfections.

Wenigstens eines der optischen Elemente, die mit Hilfe der Kamera bzw. des Detektors auf Unsauberkeiten untersucht werden, gehört bevorzugt zu den drei kritischsten optischen Elementen in der Rangfolge der Sensitivität der Bilduniformität auf Unsauberkeiten gegebener Größe. Auf oder über das im Hinblick auf Unsauberkeiten untersuchte optische Element kann ein Gasstrom gerichtet sein, beispielsweise entgegen der Nutzlichtrichtung und aus Richtung einer dünnen Membran im Nutzstrahlengang.At least one of the optical elements which are examined for imperfections with the aid of the camera or the detector preferably belongs to the three most critical optical elements in the ranking of the sensitivity of the image uniformity to imperfections of a given size. A gas stream can be directed onto or over the optical element examined with regard to imperfections, for example counter to the direction of the useful light and from the direction of a thin membrane in the useful beam path.

Für den Fall, dass es sich um ein optisches System für die EUV-Lithographie handelt, können die genannten Maßnahmen insbesondere auch in Bereichen getroffen werden, welche zwischen einer Objekt- oder einer Bildebene des Systems und einem optischen Element liegen, welches maximal 50%, bevorzugt maximal 20% des optisch genutzten Fläche des größten optisch genutzten Elements des betreffenden optischen Systems aufweist.In the event that it is an optical system for EUV lithography, the measures mentioned can also be taken in particular in areas that lie between an object or an image plane of the system and an optical element, which is a maximum of 50%, preferably has a maximum of 20% of the optically used area of the largest optically used element of the relevant optical system.

Für den Fall, dass es sich bei dem optischen System um eine EUV-Lithographieanlage handelt, ist der Nutzstrahlengang typischerweise nahezu vollständig von einer Einhausung umgeben, um ein Vakuum im Bereich der optischen Elemente aufrecht zu erhalten. Die Endoskop-Kamera kann in diesem Fall durch eine der wenigen vorhandenen Öffnungen in der Einhausung derart in den Nutzstrahlengang eingebracht werden, dass keine nennenswerte Störung des Vakuums resultiert. Alternativ können Wartungspausen für die Überprüfung des bzw. der optischen Elemente auf Unsauberkeiten genutzt werden. Hierbei wird ausgenutzt, dass permanent oder temporär, z.B. bei Wartungspausen, Öffnungen in dem optischen System vorgesehen sein können, durch die eine endoskopische Optik geführt werden kann, welche ein Bild der interessierenden optisch genutzten Fläche bzw. des interessierenden optischen Elements aufnimmt. Hierbei kann durch dieselbe Öffnung wie die Kamera oder durch eine zusätzliche Öffnung eine Beleuchtungsquelle, z.B. eine LED, auf diese optisch genutzte Fläche gerichtet werden. Zugleich besteht aber auch die Möglichkeit, eine Lichtquelle direkt von der Objektebene (Retikel) oder von der Bildebene (Substrat) eines Projektionssystems der EUV-Lithographieanlage leuchten zu lassen. Es ist auch möglich, den Detektor bzw. die Kamera außerhalb des Design- bzw. Nutzstrahlengangs zu platzieren, so dass diese für die spekulare Reflexion an der optisch genutzten Fläche entsprechend blind ist. Eine designseitig perfekte optisch genutzte Fläche wird kein Licht in Richtung Detektor werfen, sondern dieses entlang des vorgesehenen Nutzstrahlengangs leiten. Partikel bzw. Unsauberkeiten an der optisch genutzten Fläche haben hingegen oft eine unregelmäßige Oberfläche oder jedenfalls eine so gestaltete, dass unvorhergesehene Streuwinkel ausgeleuchtet werden. Nur diese werden von der Unsauberkeits-Detektionsoptik gesehen, so dass aus deren Sicht Unsauberkeiten regelrecht aufleuchten.If the optical system is an EUV lithography system, the useful beam path is typically almost completely surrounded by a housing in order to maintain a vacuum in the area of the optical elements. In this case, the endoscope camera can be introduced into the useful beam path through one of the few openings present in the housing in such a way that there is no significant disruption to the vacuum. Alternatively, maintenance breaks can be used to check the optical element or elements for dirt. This makes use of the fact that openings can be provided in the optical system permanently or temporarily, for example during maintenance breaks, through which an endoscopic optic can be guided, which optically produces an image of the optical system of interest used area or the optical element of interest. In this case, a lighting source, eg an LED, can be directed onto this optically used area through the same opening as the camera or through an additional opening. At the same time, however, there is also the possibility of letting a light source shine directly from the object plane (reticle) or from the image plane (substrate) of a projection system of the EUV lithography system. It is also possible to place the detector or the camera outside of the design or useful beam path, so that it is correspondingly blind to the specular reflection on the optically used surface. A perfectly designed optically used surface will not throw any light in the direction of the detector, but will guide it along the intended useful beam path. Particles or impurities on the optically used surface, on the other hand, often have an irregular surface or at least one designed in such a way that unforeseen scattering angles are illuminated. Only these are seen by the uncleanliness detection optics, so that uncleanliness really lights up from their perspective.

Liegt die Betriebswellenlänge des optischen Systems im EUV-Wellenlängenbereich, weil das ganz normale Nutzlicht im Messmodus genutzt wird, kann der Detektor bzw. die Kamera ausgebildet sein, das EUV-Licht z.B. mittels Lumineszenz in eine andere Wellenlänge umzuwandeln oder es kann eine Photodiode genutzt werden, so dass bei der EUV-Bestrahlung ein Elektronenfluss resultiert.If the operating wavelength of the optical system is in the EUV wavelength range because the normal useful light is used in the measurement mode, the detector or camera can be designed to convert the EUV light into a different wavelength, e.g. by means of luminescence, or a photodiode can be used , so that a flow of electrons results during the EUV irradiation.

Bei bekannten Methoden zur in-situ Beobachtung von optisch genutzten Flächen von optischen Elementen wird typischerweise eine Formänderungsdetektion vorgenommen, so dass die hier beschriebene, bevorzugt endoskopische Beobachtung ohne interferometrischen Aufbau oder Streifenprojektion ungeeignet wäre. Die hier vorgeschlagene Lösung unterscheidet sich von einer Vielzahl bekannter Verfahren dadurch, dass auch kleine Störungen dank des hohen Kontrastes (Streulicht gegenüber Dunkelheit) messbar sind, aber keine Oberflächenform in hoher Genauigkeit erfasst wird. In letzterem liegt die Stärke vieler bekannter Verfahren, welche aber nur über eine begrenzte Auflösung verfügen und z.B. Strukturen einer Größe unterhalb 10 mm, bevorzugt 1 mm, weiter bevorzugt unterhalb 0,1 mm nicht sicher auflösen können.In known methods for in-situ observation of optically used surfaces of optical elements, a change in shape is typically detected, so that the preferably endoscopic observation described here would be unsuitable without an interferometric structure or fringe projection. The solution proposed here differs from a large number of known methods in that even small disturbances can be measured thanks to the high contrast (scattered light compared to darkness), but no surface shape is recorded with great accuracy. The strength of many known methods lies in the latter, but they only have a limited resolution and, for example, cannot reliably resolve structures with a size below 10 mm, preferably 1 mm, more preferably below 0.1 mm.

Mit Hilfe der hier beschriebenen Vorgehensweise können hingegen Sauberkeitsfehler bzw. Unsauberkeiten von höchstens 10 mm größter Ausdehnung, bevorzugt von höchstens 1 mm, weiter bevorzugt von höchstens 0,1 mm größer Ausdehnung an einem optischen Element bzw. an einer optisch genutzten Fläche des optischen Systems gemessen werden.With the help of the procedure described here, however, cleanliness defects or imperfections of at most 10 mm in maximum extent, preferably in maximum extent of 1 mm, more preferably in maximum extent of 0.1 mm, can be measured on an optical element or on an optically used surface of the optical system will.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.Further features and advantages of the invention result from the following description of exemplary embodiments of the invention, with reference to the figures of the drawing, which show details essential to the invention, and from the claims. The individual features can each be implemented individually or together in any combination in a variant of the invention.

Figurenlistecharacter list

Ausführungsbeispiele sind in der schematischen Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigt

1 schematisch im Meridionalschnitt eine Projektionsbelichtungsanlage für die EUV-Lithographie,
2a-c schematische Darstellungen einer Membran im Bereich einer Bildebene eines solchen optischen Systems bzw. von Fetzen der Membran, die in einem Gasstrom mitgeführt werden,
3 eine schematische Darstellung einer Endoskop-Kamera, die über eine Öffnung in einer Einhausung auf ein reflektierendes optisches Element gerichtet wird, sowie
4a,b schematische Darstellungen von einem bzw. von zwei plattenförmigen optischen Elementen, die in einen Strahlengang eines Projektionssystems angeordnet sind, um unterschiedliche Winkelverteilungen einer Beleuchtungsstrahlung einzustellen, die von einem Objektfeld zu einem Bildfeld des Projektionssystems gelangt, sowie
5a,b schematische Darstellungen der Transmission der beiden plattenförmigen optischen Elemente von 4b in Abhängigkeit vom Einfallswinkel für drei unterschiedliche Abstände.

Exemplary embodiments are shown in the schematic drawing and are explained in the following description. It shows

1 a schematic meridional section of a projection exposure system for EUV lithography,
2a-c schematic representations of a membrane in the area of an image plane of such an optical system or fragments of the membrane that are carried along in a gas flow,
3 a schematic representation of an endoscope camera, which is directed through an opening in a housing onto a reflecting optical element, and
4a,b schematic representations of one or two plate-shaped optical elements, which are arranged in a beam path of a projection system in order to adjust different angular distributions of an illumination radiation, which reaches an image field of the projection system from an object field, and
5a,b schematic representations of the transmission of the two plate-shaped optical elements of 4b as a function of the angle of incidence for three different distances.

In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen werden für gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile identische Bezugszeichen verwendet.In the following description of the drawings, identical reference symbols are used for identical or functionally identical components.

Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf 1 exemplarisch die wesentlichen Bestandteile eines optischen Systems für die EUV-Lithographie in Form einer Projektionsbelichtungsanlage 1 für die Mikrolithographie beschrieben. Die Beschreibung des grundsätzlichen Aufbaus der Projektionsbelichtungsanlage 1 sowie von deren Bestandteilen ist hierbei nicht einschränkend zu verstehen.The following are referring to 1 the essential components of an optical system for EUV lithography in the form of a projection exposure system 1 for microlithography are described by way of example. The description of the basic structure of the projection exposure system 1 and of its components is not to be understood as limiting here.

Ein Beleuchtungssystem 2 der Projektionsbelichtungsanlage 1 hat neben einer Beleuchtungsquelle 3 eine Beleuchtungsoptik 4 zur Beleuchtung eines Objektfeldes, das eine Beleuchtungsfläche 5 bildet, in einer Objektebene 6. Beleuchtet wird hierbei ein im Objektfeld 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 addition to an illumination source 3, an illumination system 2 of the projection exposure system 1 has illumination optics 4 for illuminating an object field, which forms an illumination surface 5, in an object plane 6. Illumination takes place here with a reticle 7 arranged in the object field. The reticle 7 is held by a reticle holder 8 . The reticle holder 8 can be displaced in particular in a scanning direction via a reticle displacement drive 9 .

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 der 1 längs der y-Richtung. Die z-Richtung verläuft senkrecht zur Objektebene 6.In 1 a Cartesian xyz coordinate system is drawn in for explanation. The x-direction runs perpendicular to the plane of the drawing. The y-direction is horizontal and the z-direction is vertical. The scanning direction is in the 1 along the y-direction. The z-direction runs perpendicular to the object plane 6.

Die Projektionsbelichtungsanlage 1 umfasst ein Projektionssystem 10. Das Projektionssystem 10 dient zur Abbildung des Objektfeldes bzw. der Beleuchtungsfläche 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 Waferverlagerungsantrrieb 15 kann synchronisiert zueinander erfolgen.The projection exposure system 1 comprises a projection system 10. The projection system 10 is used to image the object field or the illumination surface 5 in an image field 11 in an image plane 12. A structure on the reticle 7 is imaged on a light-sensitive layer in the area of the image field 11 in the Image plane 12 arranged wafers 13. The wafer 13 is held by a wafer holder 14. The wafer holder 14 can be displaced in particular along the y-direction via a wafer displacement drive 15 . The displacement of the reticle 7 via the reticle displacement drive 9 on the one hand and the wafer 13 on the other hand via the wafer displacement drive 15 can be synchronized with one another.

Bei der Beleuchtungsquelle 3 handelt es sich um eine EUV-Strahlungsquelle. Die Beleuchtungsquelle 3 emittiert insbesondere EUV-Strahlung 16, 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 Beleuchtungsquelle 3 kann es sich um eine Plasmaquelle handeln, zum Beispiel um eine LPP (Laser Produced Plasma, mithilfe eines Lasers erzeugtes Plasma)-Quelle oder um eine DPP (Gas Discharged Produced Plasma, mittels Gasentladung erzeugtes Plasma)-Quelle. Es kann sich auch um eine synchrotronbasierte Beleuchtungsquelle handeln. Bei der Beleuchtungsquelle 3 kann es sich um einen Freie-Elektronen-Laser (Free-Electron-Laser, FEL) handeln.The illumination source 3 is an EUV radiation source. The illumination source 3 emits in particular EUV radiation 16, which is also referred to below as useful radiation or illumination radiation. The useful radiation has in particular a wavelength in the range between 5 nm and 30 nm. The illumination source 3 can be a plasma source, for example an LPP (laser produced plasma, plasma generated with the help of a laser) source or a DPP ( Gas Discharged Produced Plasma) source. It can also be a synchrotron-based illumination source. The illumination source 3 can be a free-electron laser (FEL).

Die Beleuchtungsstrahlung 16, die von der Beleuchtungsquelle 3 ausgeht, wird von einem Kollektorspiegel 17 gebündelt. Bei dem Kollektorspiegel 17 kann es sich um einen Kollektorspiegel mit einer oder mit mehreren ellipsoidalen und/oder hyperboloiden Reflexionsflächen handeln. Die mindestens eine Reflexionsfläche des Kollektorspiegels 17 kann im streifenden Einfall (Grazing Incidence, Gl), also mit Einfallswinkeln größer als 45°, oder im normalen Einfall (Normal Incidence, NI), also mit Einfallwinkeln kleiner als 45°, mit der Beleuchtungsstrahlung 16 beaufschlagt werden. Der Kollektorspiegel 17 kann einerseits zur Optimierung seiner Reflektivität für die Nutzstrahlung und andererseits zur Unterdrückung von Falschlicht strukturiert und/oder beschichtet sein.The illumination radiation 16 emanating from the illumination source 3 is bundled by a collector mirror 17 . The collector mirror 17 can be a collector mirror with one or more ellipsoidal and/or hyperboloidal reflection surfaces. The at least one reflection surface of the collector mirror 17 can be exposed to the illumination radiation 16 in grazing incidence (Grazing Incidence, Gl), i.e. with angles of incidence greater than 45°, or in normal incidence (Normal Incidence, NI), i.e. with angles of incidence less than 45° will. The collector mirror 17 can be structured and/or coated on the one hand to optimize its reflectivity for the useful radiation and on the other hand to suppress stray light.

Nach dem Kollektorspiegel 17 propagiert die Beleuchtungsstrahlung 16 durch einen Zwischenfokus in einer Zwischenfokusebene 18. Die Zwischenfokusebene 18 kann eine Trennung zwischen einem Strahlungsquellenmodul, aufweisend die Beleuchtungsquelle 3 und den Kollektorspiegel 17, und der Beleuchtungsoptik 4 darstellen.After the collector mirror 17, the illumination radiation 16 propagates through an intermediate focus in an intermediate focal plane 18. The intermediate focal plane 18 can represent a separation between a radiation source module, comprising the illumination source 3 and the collector mirror 17, and the illumination optics 4.

Die Beleuchtungsoptik 4 umfasst einen Umlenkspiegel 19 und diesem im Strahlengang nachgeordnet einen ersten Facettenspiegel 20. Der erste Facettenspiegel 20 umfasst eine Vielzahl von einzelnen ersten Facetten 21, welche im Folgenden auch als Feldfacetten bezeichnet werden. Von diesen Facetten 21 sind in der 1 nur beispielhaft einige dargestellt. Im Strahlengang der Beleuchtungsoptik 4 ist dem ersten Facettenspiegel 20 nachgeordnet ein zweiter Facettenspiegel 22. Der zweite Facettenspiegel 22 umfasst eine Mehrzahl von zweiten Facetten 23.The illumination optics 4 comprises a deflection mirror 19 and a first facet mirror 20 arranged downstream of this in the beam path. The first facet mirror 20 comprises a multiplicity of individual first facets 21, which are also referred to below as field facets. Of these facets 21 are in the 1 only a few shown as examples. A second facet mirror 22 is arranged downstream of the first facet mirror 20 in the beam path of the illumination optics 4. The second facet mirror 22 comprises a plurality of second facets 23.

Die Beleuchtungsoptik 4 bildet somit ein doppelt facettiertes System. Dieses grundlegende Prinzip wird auch als Fliegenaugeintegrator (Fly's Eye Integrator) bezeichnet. Mit Hilfe des zweiten Facettenspiegels 22 werden die einzelnen ersten Facetten 21 in das Objektfeld abgebildet. Der zweite Facettenspiegel 22 ist der letzte bündelformende oder auch tatsächlich der letzte Spiegel für die Beleuchtungsstrahlung 16 im Strahlengang vor dem Objektfeld.The illumination optics 4 thus forms a double-faceted system. This basic principle is also known as the Fly's Eye Integrator. The individual first facets 21 are imaged in the object field with the aid of the second facet mirror 22 . The second facet mirror 22 is the last beam-forming mirror or actually the last mirror for the illumination radiation 16 in the beam path in front of the object field.

Das Projektionssystem 10 umfasst eine Mehrzahl von Spiegeln Mi, welche gemäß ihrer Anordnung im Strahlengang der Projektionsbelichtungsanlage 1 durchnummeriert sind.The projection system 10 includes a plurality of mirrors Mi, which are numbered consecutively according to their arrangement in the beam path of the projection exposure system 1 .

Bei dem in der 1 dargestellten Beispiel umfasst das Projektionssystem 10 sechs Spiegel M1 bis M6. 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 haben jeweils eine Durchtrittsöffnung für die Beleuchtungsstrahlung 16. Bei dem Projektionssystem 10 handelt es sich um eine doppelt obskurierte Optik. Die Projektionsoptik 10 hat eine bildseitige numerische Apertur, die größer ist als 0,4 oder 0,5 und die auch größer sein kann als 0,6 und die beispielsweise 0,7 oder 0,75 betragen kann.At the in the 1 illustrated example, the projection system 10 comprises six mirrors M1 to M6. Alternatives with four, eight, ten, twelve or another number of mirrors Mi are also possible. The penultimate mirror M5 and the last mirror M6 each have a passage opening for the illumination radiation 16. The projection system 10 involves doubly obscured optics. The projection optics 10 has an image-side numerical aperture which is greater than 0.4 or 0.5 and which can also be greater than 0.6 and which can be 0.7 or 0.75, for example.

Die Spiegel Mi können, genauso wie die Spiegel der Beleuchtungsoptik 4, eine hoch reflektierende Beschichtung für die Beleuchtungsstrahlung 16 aufweisen.Like the mirrors of the illumination optics 4, the mirrors Mi can have a highly reflective coating for the illumination radiation 16.

2a-c zeigen den Bereich der Bildebene 12 mit dem Halbleitersubstrat bzw. mit dem Wafer 13 bei einer Projektionsbelichtungsanlage 1, die sich von der in 1 gezeigten Projektionsbelichtungsanlage 1 im Wesentlichen dadurch unterscheidet, dass es sich bei dem Projektionssystem 10 nicht um eine doppelt obskurierte Optik, sondern um eine einfach obskurierte Optik handelt. Entsprechend weist lediglich der letzte Spiegel M6, nicht aber der vorletzte Spiegel M5, eine Durchtrittsöffnung für die in 2a-c nicht bildlich dargestellte Nutzstrahlung auf. Die Nutzstrahlung gelangt dabei zunächst von der Öffnung in dem letzten Spiegel M6 auf den vorletzten Spiegel M5 und wird von diesem auf die konkav gekrümmte Spiegelfläche des letzten Spiegels M6 zurück reflektiert. Der letzte Spiegel M6 reflektiert die Beleuchtungsstrahlung über eine Membran 25, die in der Nähe der Bildebene 12 angeordnet ist, auf den zu strukturierenden Wafer 13. 2a-c show the area of the image plane 12 with the semiconductor substrate or with the wafer 13 in a projection exposure system 1, which differs from that in 1 The projection exposure system 1 shown differs essentially in that the projection system 10 is not doubly obscured optics, but simply obscured optics. Accordingly, only the last mirror M6, but not the penultimate mirror M5, has a passage opening for the in 2a-c non-illustrated useful radiation. The useful radiation first reaches the penultimate mirror M5 from the opening in the last mirror M6 and is reflected back by it onto the concavely curved mirror surface of the last mirror M6. The last mirror M6 reflects the illumination radiation via a membrane 25, which is arranged in the vicinity of the image plane 12, onto the wafer 13 to be structured.

Die Membran 25, die zwischen dem Projektionssystem 10 und dem Wafer 13 angeordnet ist, dient dazu, belichtende und thermisch störende Wellenlängen speziell im sichtbaren Bereich oder nahe dem sichtbaren Bereich auszufiltern. Damit eine akzeptable Transmission für das EUV-Nutzlicht verbleibt, weist die Membran 25 eine Dicke von ca. 100 nm auf. Da die Membran 25 andere Lichtbestandteile als EUV-Strahlung erheblich absorbiert, erwärmt diese sich. Dadurch können Spannungen entstehen, die zu einem Zerreißen der Membran 25 führen können. Hierbei können sich Bestandteile der Membran 25, nachfolgend auch Fetzen genannt, lösen, wie dies schematisch in 2b,c dargestellt ist.The membrane 25, which is arranged between the projection system 10 and the wafer 13, is used to filter out exposing and thermally disruptive wavelengths, especially in the visible range or near the visible range. The membrane 25 has a thickness of approximately 100 nm so that an acceptable transmission for the EUV useful light remains. Since the membrane 25 absorbs light components other than EUV radiation considerably, it heats up. As a result, stresses can arise which can lead to membrane 25 tearing. Components of the membrane 25, also referred to below as shreds, can come loose as this is shown schematically in 2b,c is shown.

Die Fetzen stellen ein kontaminierendes Material 26 dar, das in einem Gasstrom 27 mitgenommen wird, welcher zur Fotoreinigung und Kühlung dient und zudem eine Kontamination des Wafers 13 aus Richtung des Projektionssystems 10 unwahrscheinlich macht. In 2a-c sind grob vereinfacht die Strömungslinien dieses Gasstroms 27 in Richtung des Projektionssystems 10 dargestellt. Es versteht sich, dass der Gasstrom 27 nicht durch die Membran 25 hindurch strömt, sondern um die Membran 25 herum oder oberhalb der Membran 25 eingeleitet wird. Bei dem Gasstrom 27 handelt es sich um einen Wasserstoff-Gasstrom, d.h. um einen Strom von molekularem Wasserstoff (H₂). Der Gasstrom 27 ist nicht auf den in 2a-c gezeigten Volumenbereich 28 beschränkt, in dem die Strömungslinien eingezeichnet sind, vielmehr erstreckt sich der von dem Gasstrom 27 durchlaufene Volumenbereich 28 in das Projektionssystem 10 hinein, wie in 2a-c durch einen Pfeil angedeutet ist.The rags represent a contaminating material 26 which is entrained in a gas flow 27 which is used for photo cleaning and cooling and also makes contamination of the wafer 13 from the direction of the projection system 10 improbable. In 2a-c the flow lines of this gas flow 27 in the direction of the projection system 10 are shown in a roughly simplified manner. It goes without saying that the gas stream 27 does not flow through the membrane 25 but is introduced around the membrane 25 or above the membrane 25 . The gas flow 27 is a hydrogen gas flow, ie a flow of molecular hydrogen (H ₂ ). The gas flow 27 is not limited to the in 2a-c The volume area 28 shown, in which the flow lines are drawn, is limited; rather, the volume area 28 through which the gas flow 27 passes extends into the projection system 10, as in FIG 2a-c is indicated by an arrow.

Während kompakte Partikel in dem schwachen Gasstrom 27 nicht weit vorankommen, weil sie in üblichen Geometrien gegen die Schwerkraft ankämpfen und verlieren, ist dies bei den Fetzen 26 der dünnen Membran 25 anders: Hier ist es möglich, dass die Fetzen 26 der Membran 25 wenig Masse (da dünn) bei großer Fläche aufweisen und im Gasstrom 27 entgegen der Schwerkraftrichtung aufwärtssegeln, da die aufwärts gerichtete Kraft auf den Membran-Fetzen 26 die Gravitationskraft in dem Gasstrom 27 übersteigt. Ein entsprechender Fetzen 26 kann in dem Gasstrom 27 mitgeführt werden und in Richtung auf das Projektionssystem 10 segeln, wie dies in 2c dargestellt ist.While compact particles in the weak gas flow 27 do not progress far because they fight against gravity and lose in usual geometries, this is different with the shreds 26 of the thin membrane 25: Here it is possible that the shreds 26 of the membrane 25 have little mass (because it is thin) with a large area and sail upwards in the gas flow 27 against the direction of gravity, since the upward force on the membrane shreds 26 exceeds the gravitational force in the gas flow 27 . A corresponding shred 26 can be entrained in the gas flow 27 and sail towards the projection system 10, as is shown in FIG 2c is shown.

Ein weiterer Fetzen 26 kann seitlich aus dem Gasstrom 27 in Richtung auf den vorletzten Spiegel M5 umgelenkt werden und zu dessen optisch genutzter Oberfläche gelangen. Der vorletzte Spiegel M5 lässt sich aufgrund des freizuhaltenden Lichtvolumens nicht ohne weiteres ausreichend abschirmen. Lagert sich der Fetzen 26 an der optisch genutzten Oberfläche an, so reduziert bzw. ändert sich dort lokal das Reflexionsvermögen und erzeugt unerwünschte Abbildungswirkungen wie z.B. Uniformitätsfehler (eine örtliche Variation der Lichtmenge) oder Phasenfehler, welche die Interferenz der Abbildung stören und etwa zu Strukturgrößenabweichungen bei der Belichtung des Wafers 13 führen.Another scrap 26 can be deflected laterally out of the gas flow 27 in the direction of the penultimate mirror M5 and reach its optically used surface. The penultimate mirror M5 cannot easily be adequately shielded due to the light volume that has to be kept free. If the scrap 26 accumulates on the optically used surface, the reflectivity is reduced or changed locally there and produces undesirable imaging effects such as uniformity errors (a local variation in the amount of light) or phase errors, which disrupt the interference of the image and contribute to deviations in structure size the exposure of the wafer 13 lead.

3 zeigt eine solche Verunreinigung in Form eines Fetzens bzw. Partikels 26, der sich auf einer optisch genutzten Fläche 30 des vierten Spiegels M4 des Projektionssystems 10 abgesetzt hat. Wie in 3 zu erkennen ist, wird die Beleuchtungsstrahlung 16 an der optisch genutzten Fläche 30 des vierten Spiegels M4 spekular reflektiert und bildet einen Strahlengang 29, der von dem dritten Spiegel M3 kommend zum fünften Spiegel M5 führt. An der optisch genutzten Fläche 30 gestreute Strahlung 31 wird von einem Detektor 32 in Form einer Endoskop-Optik (mit integrierter Kamera) detektiert. Der Detektor 32 ist außerhalb des Strahlengangs 29 angeordnet und ist somit für die spekular reflektierte Strahlung 16 blind. Lediglich die an der Unsauberkeit in Form des Partikels 26, der eine unregelmäßige Oberfläche aufweist, gestreute Strahlung 31 wird von dem Detektor 32 erfasst. Auf diese Weise wird der Helligkeitskontrast bei der Detektion der Unsauberkeiten 26 erhöht, so dass auch kleine Störungen erkannt werden können. Auf diese Weise sind auch Unsauberkeiten 26 mit einer maximalen Ausdehnung von höchstens 10 mm, bevorzugt von höchstens 1 mm, insbesondere von höchstens 0,1 mm detektierbar. 3 1 shows such a contamination in the form of a rag or particle 26 which has settled on an optically used surface 30 of the fourth mirror M4 of the projection system 10. As in 3 As can be seen, the illumination radiation 16 is specularly reflected on the optically used surface 30 of the fourth mirror M4 and forms a beam path 29 which, coming from the third mirror M3, leads to the fifth mirror M5. Radiation 31 scattered on the optically used surface 30 is detected by a detector 32 in the form of endoscope optics (with an integrated camera). The detector 32 is arranged outside the beam path 29 and is therefore blind to the specularly reflected radiation 16 . Only the radiation 31 scattered at the impurity in the form of the particle 26, which has an irregular surface, is detected by the detector 32. In this way, the brightness contrast is increased when the imperfections 26 are detected, so that small disturbances can also be detected. In this way, imperfections 26 with a maximum extent of at most 10 mm, preferably at most 1 mm, in particular at most 0.1 mm, can also be detected.

Der Detektor 32 in Form der Endoskop-Kamera ist durch eine Öffnung 33 in einer Einhausung 34 in Form eines Vakuumgehäuses geführt. In der Einhausung 34 ist im Wesentlichen der gesamte Strahlengang des optischen Systems 1 gekapselt, wie dies beispielsweise in der WO 2008/034582 A2 beschrieben ist, die durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht wird. Die Einhausung 34 dient dazu, das Vakuum in der Nähe der optischen Elemente, beispielsweise der Spiegel M1 bis M6, aufrecht zu erhalten.The detector 32 in the form of the endoscope camera is guided through an opening 33 in a housing 34 in the form of a vacuum housing. The housing 34 essentially encapsulates the entire beam path of the optical system 1, as is the case, for example, in FIG WO 2008/034582 A2 which is incorporated herein by reference in its entirety becomes. The enclosure 34 serves to maintain the vacuum in the vicinity of the optical elements, such as mirrors M1 through M6.

Alternativ kann zur Detektion der Unsauberkeiten 26 der vierte Spiegel M4 mit einer Beleuchtungsquelle, z.B. mit einer LED, beleuchtet werden, die durch dieselbe Öffnung 33 oder durch eine andere Öffnung in der Einhausung 34 geführt wird. Für den Fall, dass die Beleuchtungsquelle 3 des optischen Systems 1 verwendet wird, die EUV-Strahlung erzeugt, kann es günstig sein, wenn der Detektor 32 eine Umwandlung der Wellenlänge in einen anderen Wellenlängenbereich bewirkt, beispielsweise durch Lumineszenz. Alternativ kann eine Photodiode als Detektor 32 eingesetzt werden, der bei der EUV-Bestrahlung einen Elektronenfluss erzeugt.Alternatively, to detect imperfections 26, fourth mirror M4 may be illuminated with an illumination source, such as an LED, passed through the same opening 33 or through another opening in housing 34. If the illumination source 3 of the optical system 1 is used, which generates EUV radiation, it can be advantageous if the detector 32 causes the wavelength to be converted into another wavelength range, for example by luminescence. Alternatively, a photodiode can be used as a detector 32, which generates a flow of electrons during the EUV irradiation.

4a,b zeigen eine alternative Möglichkeit, um Unsauberkeiten 26 an den optisch genutzten Oberflächen der Spiegel M1 bis M6 des Projektionssystems 10 zu detektieren bzw. auf das Vorhandensein sowie auf die Lage von Unsauberkeiten 26 zu schließen. Um dies zu ermöglichen, wird an Stelle des in 1 und in 2a-c gezeigten Wafers 13 ein Detektor 35 in der Bildebene 12 angeordnet, der eine Detektionsfläche 36 aufweist, um die Beleuchtungsstrahlung 16 ortsaufgelöst zu detektieren, die von dem mit Hilfe des Beleuchtungssystems 2 beleuchteten Objektfeld des Projektionssystems 10 ausgeht. Das Objektfeld bildet eine Beleuchtungsfläche 5, die den gesamten Strahlengang 29 des Projektionssystems 10 in der Objektebene 6 überdeckt. Entsprechend überdeckt auch die Detektionsfläche 36 den gesamten Strahlengang 29 des Projektionssystems 10 in der Bildebene 12. Unter der Detektionsfläche 36 wird derjenige Teilbereich einer (ggf. größeren) Detektorfläche verstanden, der im Strahlengang 29 des Projektionssystems 10 angeordnet ist. 4a,b show an alternative way to detect imperfections 26 on the optically used surfaces of the mirrors M1 to M6 of the projection system 10 or to infer the presence and position of imperfections 26. To make this possible, instead of the in 1 and in 2a-c In the wafer 13 shown, a detector 35 is arranged in the image plane 12, which has a detection surface 36 in order to detect the illumination radiation 16 in a spatially resolved manner, which emanates from the object field of the projection system 10 illuminated with the aid of the illumination system 2. The object field forms an illumination area 5 that covers the entire beam path 29 of the projection system 10 in the object plane 6 . Accordingly, the detection surface 36 also covers the entire beam path 29 of the projection system 10 in the image plane 12 .

Die Beleuchtungsfläche 5 wird von dem Projektionssystem 10 auf die Detektionsfläche 36 abgebildet, d.h. es besteht eine eineindeutige Zuordnung zwischen Punkten auf der Beleuchtungsfläche 5 und Punkten auf der Detektionsfläche 36. Die Intensität I der Beleuchtungsstrahlung 16, die von der Beleuchtungsfläche 5 zur Detektionsfläche 36 gelangt, wird ortsaufgelöst detektiert und an eine Auswerteeinrichtung 37 übermittelt. Bei der Auswerteeinrichtung 37 kann es sich um einen Computer oder um eine andere programmierbare Hard- und/oder Software handeln. Die Auswerteeinrichtung 37 ermöglicht es, anhand der ortsaufgelöst detektierten Intensität I der Beleuchtungsstrahlung 16 an der Detektionsfläche 36 auf Unsauberkeiten 26 an den Spiegeln M1 bis M6 im Strahlengang 29 des Projektionssystems 10 zwischen der Beleuchtungsfläche 5 und der Detektionsfläche 36 zu schließen. The illumination surface 5 is imaged onto the detection surface 36 by the projection system 10, i.e. there is a one-to-one association between points on the illumination surface 5 and points on the detection surface 36. The intensity I of the illumination radiation 16, which reaches the detection surface 36 from the illumination surface 5, is detected with spatial resolution and transmitted to an evaluation device 37 . The evaluation device 37 can be a computer or other programmable hardware and/or software. The evaluation device 37 makes it possible to use the spatially resolved detected intensity I of the illumination radiation 16 on the detection surface 36 to infer imperfections 26 on the mirrors M1 to M6 in the beam path 29 of the projection system 10 between the illumination surface 5 and the detection surface 36 .

Für die Prüfung des Projektionssystems 10 im Hinblick auf Unsauberkeiten 26 ist es möglich, das Beleuchtungssystem 2 und die EUV-Strahlungsquelle 3 gegen eine selbstleuchtende Beleuchtungsquelle, z.B. eine LED, auszutauschen, welche die Beleuchtungsfläche 5 mit einer vorgegebenen Intensitätsverteilung - beispielsweise möglichst homogen - ausleuchtet, dies ist aber nicht zwingend erforderlich. Unsauberkeiten 26 wirken sich in diesem Fall spezifisch nach ihrem Entstehungsort dadurch aus, dass ein ortsabhängiger Unterschied in der Intensität I auf der Detektionsfläche 36 entsteht. Für eine erfolgreiche Messung ist eine Kalibrierung sinnvoll, um Beleuchtungsvariationen der Beleuchtungsquelle 3 sowie designseitige Intensitätsvariationen, die z.B. durch unterschiedliche Einfallswinkel auf reflektierende Schichten auf den Spiegeln M1 bis M6 oder dergleichen zustande kommen, die nicht auf Unsauberkeiten 26 zurückzuführen sind, herauszurechnen.To check the projection system 10 with regard to imperfections 26, it is possible to replace the illumination system 2 and the EUV radiation source 3 with a self-illuminating illumination source, e.g. an LED, which illuminates the illumination surface 5 with a predetermined intensity distribution--for example as homogeneously as possible. however, this is not absolutely necessary. In this case, imperfections 26 have an effect specifically according to their place of origin in that a location-dependent difference in intensity I occurs on the detection surface 36 . For a successful measurement, a calibration makes sense in order to calculate out illumination variations of the illumination source 3 as well as design-related intensity variations that are caused, for example, by different angles of incidence on reflective layers on the mirrors M1 to M6 or the like, which are not due to imperfections 26.

Die Genauigkeit bei der Detektion der Unsauberkeiten 26 mit Hilfe der Auswerteeinrichtung 37 kann erhöht werden, wenn das optische System 1 ausgebildet ist, die Winkelverteilung der von der Beleuchtungsfläche 5 zur Detektionsfläche 36 gelangenden Beleuchtungsstrahlung 16 einzustellen bzw. zu variieren. Um die Winkelverteilung zu variieren, bestehen verschiedene Möglichkeiten:

Beispielsweise kann das Beleuchtungssystem 2 ausgebildet sein, unterschiedliche Winkelverteilungen W1, W2, ... an der Beleuchtungsfläche 5 zu erzeugen. Bei einem optischen System 1 in Form einer Projektionsbelichtungsanlage für die EUV-Lithographie ist es üblich, dass mit Hilfe des Beleuchtungssystems 2 unterschiedliche Winkelverteilungen („settings“) an der Beleuchtungsfläche 5 erzeugt werden können. Beispielsweise kann eine uniforme Beleuchtung, eine Dipol-Beleuchtung, eine Quadrupol-Beleuchtung, eine annulare Beleuchtung oder - abhängig von der Art des Beleuchtungssystems 2 - eine Vielzahl von anderen Arten von Winkelverteilungen in der Beleuchtungsfläche 5 eingestellt werden.

The accuracy in the detection of imperfections 26 with the aid of the evaluation device 37 can be increased if the optical system 1 is designed to adjust or vary the angular distribution of the illumination radiation 16 arriving from the illumination area 5 to the detection area 36 . There are various ways of varying the angular distribution:

For example, the illumination system 2 can be designed to generate different angular distributions W1, W2, . . . on the illumination surface 5. In an optical system 1 in the form of a projection exposure system for EUV lithography, it is common for the illumination system 2 to be able to produce different angular distributions (“settings”) on the illumination surface 5 . For example, uniform illumination, dipole illumination, quadrupole illumination, annular illumination or—depending on the type of illumination system 2—a multiplicity of other types of angular distributions in the illumination area 5 can be set.

Jeder Abstrahlpunkt auf der Beleuchtungsfläche 5 mit einer gegebenen Abstrahlrichtung entspricht einem Strahl, der das Projektionssystem 10 mit individuellen Flächendurchtrittspunkten an den optisch genutzten Flächen der Spiegel M1 bis M6 durchläuft. Trifft ein solcher Strahl auf eine Unsauberkeit 26, wird dieser absorbiert und/oder abgelenkt und triff daher mit verminderter Intensität I an dem zugehörigen Bildpunkt auf der Detektionsfläche 36 auf. Wird die Winkelverteilung W1, W2, ... auf der Beleuchtungsfläche 5 variiert, so variieren auch die Strahlen, die zwischen einem jeweiligen Objektpunkt auf der Beleuchtungsfläche 5 und einem jeweiligen Bildpunkt auf der Detektionsfläche 36 durch das Projektionssystem 10 laufen. Damit variieren auch die Positionen an den optisch genutzten Oberflächen der Spiegel M1 bis M6, die von den jeweiligen Strahlen im Hinblick auf Kontaminationen abgefragt werden.Each emission point on the illumination surface 5 with a given emission direction corresponds to a ray which passes through the projection system 10 with individual surface penetration points on the optically used surfaces of the mirrors M1 to M6. If such a beam strikes an imperfection 26, it is absorbed and/or deflected and therefore strikes the associated pixel on the detection surface 36 with reduced intensity I. If the angular distribution W1, W2, injection system 10 running. The positions on the optically used surfaces of the mirrors M1 to M6, which are queried by the respective beams with regard to contamination, thus also vary.

Die Auswerteeinrichtung 37 kombiniert die Informationen zur Verringerung der Intensität I an einem jeweiligen Punkt auf der Detektionsfläche 36 mit den Informationen zur jeweiligen (bekannten) Beleuchtungseinstellung bzw. Winkeleinstellung. Auf diese Weise kann nicht nur festgestellt werden, dass die Unsauberkeit 26 vorliegt, vielmehr kann häufig auch die Lage bzw. die Position der Unsauberkeit in dem Projektionssystem 10 erkannt werden. Häufig kann hierbei nicht nur festgestellt werden, an welchem der Spiegel M1 bis M6 die Unsauberkeit 26 auftritt, vielmehr lässt sich auch die Lage der Unsauberkeit 26 auf einen Teilbereich der jeweiligen optisch genutzten Fläche eines der sechs Spiegel M1 bis M6 eingrenzen. Die Auswerteeinrichtung 37 kann daher häufig nicht nur feststellen, ob Unsauberkeiten 26 auf den Spiegeln M1 bis M6 vorhanden sind oder nicht, in vielen Fällen lässt sich aufgrund der Variation der Winkelverteilungen W1, W2, ... auch die Lage der Unsauberkeiten 26 auf den Spiegeln M1 bis M6 bestimmen.The evaluation device 37 combines the information on the reduction of the intensity I at a respective point on the detection surface 36 with the information on the respective (known) illumination setting or angle setting. In this way, not only can it be established that the imperfection 26 is present, but rather the position of the imperfection in the projection system 10 can often also be identified. Frequently, not only can it be determined on which of the mirrors M1 to M6 the uncleanliness 26 occurs, rather the position of the uncleanliness 26 can also be narrowed down to a partial area of the respective optically used surface of one of the six mirrors M1 to M6. The evaluation device 37 can therefore often not only determine whether there are imperfections 26 on the mirrors M1 to M6 or not, in many cases the position of the imperfections 26 on the mirrors can also be determined based on the variation in the angular distributions W1, W2, Determine M1 to M6.

Für die Variation der Winkelverteilung W1, W2, ... auf der Beleuchtungsfläche 5 ist ein Beleuchtungssystem 2 erforderlich, welches diese Funktionalität bereitstellt. Unmittelbar nach der Montage des Projektionssystems 10 ist jedoch ggf. noch kein Beleuchtungssystem 2 verfügbar bzw. in die Projektionsbelichtungsanlage 1 integriert. Auch ist es möglich, dass die Überprüfung des Projektionssystems 10 auf Unsauberkeiten 26 nicht bei der Betriebswellenlänge im EUV-Wellenlängenbereich erfolgen soll, so dass im ungünstigsten Fall ein dediziertes Beleuchtungssystem speziell für diese Überprüfung erforderlich wäre.A lighting system 2 that provides this functionality is required for the variation of the angular distribution W1, W2, . . . on the lighting surface 5. Immediately after the projection system 10 has been assembled, however, an illumination system 2 may not yet be available or integrated into the projection exposure system 1 . It is also possible that the projection system 10 should not be checked for imperfections 26 at the operating wavelength in the EUV wavelength range, so that in the worst case a dedicated lighting system would be required specifically for this check.

Für die Einstellung einer variablen Beleuchtung bzw. Winkelverteilung können alternativ oder zusätzlich eines oder mehrere transmittierende optische Elemente 38, 38a,b im Strahlengang 29 zwischen der Beleuchtungsfläche 5 und der Detektorfläche 36 angeordnet werden, wie dies nachfolgend anhand von 4a,b beschrieben wird.Alternatively or additionally, one or more transmitting optical elements 38, 38a,b can be arranged in the beam path 29 between the illumination surface 5 and the detector surface 36 for setting a variable illumination or angular distribution, as will be explained below with reference to FIG 4a,b is described.

Bei dem in Zusammenhang mit 4a,b beschriebenen Beispiel wird die Beleuchtungsfläche 5 nicht von einer Beleuchtungsquelle 3 in Form der weiter oben beschriebenen EUV-Strahlungsquelle, sondern von einer anderen Beleuchtungsquelle, z.B. von einer LED, möglichst homogen beleuchtet. Die Beleuchtungsquelle 3 wird hierbei im Bereich des Retikels 7 in der Nähe der Objektebene 6 des Projektionssystems 10 angeordnet. Die Beleuchtungsquelle 3 dient zur möglichst homogenen Ausleuchtung der Beleuchtungsfläche 5 und kann von der Wellenlänge der Nutzstrahlung abweichende Wellenlängen, z.B. im sichtbaren Wellenlängenbereich, beispielsweise bei einer Wellenlänge von ca. 500 nm, erzeugen.In the context of 4a,b In the example described, the illumination surface 5 is not illuminated as homogeneously as possible by an illumination source 3 in the form of the EUV radiation source described above, but by another illumination source, for example an LED. In this case, the illumination source 3 is arranged in the region of the reticle 7 in the vicinity of the object plane 6 of the projection system 10 . The illumination source 3 serves to illuminate the illumination area 5 as homogeneously as possible and can generate wavelengths that differ from the wavelength of the useful radiation, for example in the visible wavelength range, for example at a wavelength of approximately 500 nm.

Bei dem in 4a gezeigten Beispiel weist die Projektionsbelichtungsanlage 1 ein transmittierendes optisches Element 38 auf, das wahlweise in den Strahlengang 29 des Projektionssystems 10 zwischen der Beleuchtungsfläche 5 und der Detektionsfläche 36 eingebracht oder aus dem Strahlengang 29 entfernt werden kann. Zu diesem Zweck weist die Projektionsbelichtungsanlage 1 eine Transporteinrichtung 41 auf, die beispielsweise einen Linearmotor oder dergleichen aufweisen kann, um das transmittierende optische Element 38 zu verschieben und auf diese Weise aus dem Strahlengang 29 heraus oder in diesen hinein zu transportieren.At the in 4a In the example shown, the projection exposure system 1 has a transmitting optical element 38 which can be optionally introduced into the beam path 29 of the projection system 10 between the illumination surface 5 and the detection surface 36 or removed from the beam path 29 . For this purpose, the projection exposure system 1 has a transport device 41, which can have a linear motor or the like, for example, in order to displace the transmitting optical element 38 and in this way to transport it out of or into the beam path 29.

Das transmittierende optische Element 38 wird für die Vermessung des Projektionssystems 10 im Hinblick auf Unsauberkeiten 26 in den Strahlengang 29 des Projektionssystems 10 hinein bewegt. Im Belichtungsbetrieb ist das transmittierende optische Element 38 hingegen außerhalb des Strahlengangs 29 angeordnet. Wie in 4a zu erkennen ist, ist das transmittierende optische Element 38 plattenförmig ausgebildet und weist eine Dicke D von weniger als 10 mm, ggf. von weniger als 1 mm auf, um den Strahlengang 29 bei der Messung nicht merklich zu verändern. Im Sinne dieser Anmeldung wird unter einem plattenförmigen transmittierenden optischen Element 38 auch eine Membran verstanden.The transmitting optical element 38 is moved into the beam path 29 of the projection system 10 in order to measure the projection system 10 with regard to imperfections 26 . In the exposure mode, however, the transmitting optical element 38 is arranged outside of the beam path 29 . As in 4a As can be seen, the transmitting optical element 38 is plate-shaped and has a thickness D of less than 10 mm, possibly less than 1 mm, so that the beam path 29 is not noticeably changed during the measurement. For the purposes of this application, a plate-shaped transmitting optical element 38 is also understood to be a membrane.

Das transmittierende optische Element 38 weist eine vom Einfallswinkel α abhängige Transmission T auf, wobei der Einfallswinkel α wie allgemein üblich bezogen auf die Normalenrichtung des plattenförmigen optischen Elements 38 gemessen wird. Die vom Einfallswinkel α abhängige Transmission T wird bei dem in 4a gezeigten Beispiel durch eine Beschichtung 39 erzeugt, die auf eine erste Seite des plattenförmigen transmittierenden optischen Elements 38 aufgebracht ist. Es versteht sich, dass eine entsprechende Beschichtung 39 auch auf die zweite, gegenüberliegende Seite aufgebracht sein kann. Die Beschichtung 39 dient als Wellenlängenfilter und weist eine von der Wellenlänge λ abhängige Transmission T(λ) auf. Bei Verwendung einer Beleuchtungsquelle 3, die im Wesentlichen monochromatische Beleuchtungsstrahlung 16 erzeugt, entspricht die Wirkung der wellenlängenselektiven Beschichtung 39 einer Winkelfilterung, d.h. einer Abschwächung der Transmission von bestimmten Einfallswinkeln α. Im gezeigten Beispiel handelt es sich bei der wellenlängenselektiven Beschichtung 39 um Silber, es kann aber auch ein anderes Material oder eine Kombination von mehreren Materialien bzw. von mehreren Lagen bzw. Schichten verwendet werden, die eine wellenlängenselektive Wirkung erzeugen.The transmitting optical element 38 has a transmission T which is dependent on the angle of incidence α, the angle of incidence α being measured as is generally customary in relation to the normal direction of the plate-shaped optical element 38 . The transmission T, which depends on the angle of incidence α, is 4a The example shown is produced by a coating 39 which is applied to a first side of the plate-shaped transmitting optical element 38 . It goes without saying that a corresponding coating 39 can also be applied to the second, opposite side. The coating 39 serves as a wavelength filter and has a transmission T(λ) dependent on the wavelength λ. When using an illumination source 3 that generates essentially monochromatic illumination radiation 16, the effect of the wavelength-selective coating 39 corresponds to angular filtering, ie a weakening of the transmission from specific angles of incidence α. In the example shown, the wavelength-selective coating 39 is silver, but another material or a combination of a plurality of materials or of a plurality of plies or layers can also be used that produce a wavelength-selective effect.

Der Einfallswinkel α variiert typischerweise entlang der Oberfläche des plattenförmigen optischen Elements 38. Für die nachfolgenden Betrachtungen wird der Einfallswinkel α auf eine Position am Zentrum der Oberfläche des plattenförmigen optischen Elements 38 bezogen .The angle of incidence α typically varies along the surface of the slab optical element 38 . For the following considerations the angle of incidence α is referenced to a position at the center of the surface of the slab optical element 38 .

Um eine möglichst große Variation der Transmission T zu erzeugen, ist es günstig, wenn das plattenförmige transmittierende optische Element 38 an einer Stelle im Strahlengang 29 angeordnet wird, an der ein Einfallswinkelspektrum |α_MAX - α_MIN|, d.h. die Differenz zwischen einem minimalen Einfallswinkel α_MIN und einem maximalen Einfallswinkel α_MAX, möglichst groß ist. Es ist günstig, wenn für die Differenz |α_MAX - α_MIN| gilt: |α_MAX - α_MIN| ≥ 15°, bevorzugt ≥ 20°, insbesondere ≥ 25° gilt. Ein derart großes Einfallswinkelspektrum |α_MAX - α_MIN| liegt in der Regel zwischen dem letzten Spiegel M6 des Projektionssystems 10 und der Bildebene 12 vor, weshalb das plattenförmige transmittierende optische Element 28 in 4a an dieser Stelle im Strahlengang 29 angeordnet ist.In order to generate the greatest possible variation in the transmission T, it is favorable if the plate-shaped transmitting optical element 38 is arranged at a point in the beam path 29 at which an angle of incidence spectrum |α _MAX - α _MIN |, ie the difference between a minimum angle of incidence α _MIN and a maximum angle of incidence α _MAX is as large as possible. It is favorable if for the difference |α _MAX _{-α MIN} | it holds: |α _MAX _{-α MIN} | ≧15°, preferably ≧20°, in particular ≧25°. Such a large spectrum of angles of incidence |α _MAX _{-α MIN} | is usually present between the last mirror M6 of the projection system 10 and the image plane 12, which is why the plate-shaped transmitting optical element 28 in 4a is arranged at this point in the beam path 29.

Wie in 4a zu erkennen ist, weist die Projektionsbelichtungsanlage 1 ein Magazin 42 auf, in dem eine Mehrzahl von weiteren plattenförmigen transmittierenden optischen Elementen 38' gelagert ist. Die Transporteinrichtung 41 ist ausgebildet, das im Strahlengang 29 angeordnete transmittierende optische Element 38 gegen eines der in dem Magazin 42 gelagerten weiteren plattenförmigen transmittierenden optischen Elemente 38' auszutauschen. Durch den Austausch der transmittierenden optischen Elemente 38, 38', die eine jeweils unterschiedliche Transmission T in Abhängigkeit vom Einfallswinkel α aufweisen, können unterschiedliche Winkelverteilungen W1, W2, ... der von der Beleuchtungsfläche 5 zur Detektionsfläche 36 gelangenden Beleuchtungsstrahlung 16 eingestellt werden.As in 4a As can be seen, the projection exposure system 1 has a magazine 42 in which a plurality of further plate-shaped transmitting optical elements 38' are mounted. The transport device 41 is designed to exchange the transmitting optical element 38 arranged in the beam path 29 for one of the further plate-shaped transmitting optical elements 38 ′ stored in the magazine 42 . By exchanging the transmitting optical elements 38, 38', which each have a different transmission T depending on the angle of incidence α, different angular distributions W1, W2, .

Alternativ oder zusätzlich zum Austausch des plattenförmigen transmittierenden optischen Elements 38 kann zur Einstellung unterschiedlicher Winkelverteilungen W1, W2, ... das plattenförmige transmittierende optische Element 38 mit Hilfe von geeigneten, nicht bildlich dargestellten Bauteilen deformiert oder verkippt werden. Es ist ebenfalls möglich, dass das plattenförmige transmittierende optische Element 38 um eine Drehachse 40 drehbar gelagert ist, wobei die Drehachse 40 im Wesentlichen entlang einer mittleren Lichtrichtung im Strahlengang 29 des Projektionssystems 10 am Ort des plattenförmigen transmittierenden optischen Elements 38 ausgerichtet ist, wie dies in 4a angedeutet ist.As an alternative or in addition to replacing the plate-shaped transmitting optical element 38, the plate-shaped transmitting optical element 38 can be deformed or tilted with the aid of suitable components that are not illustrated in order to set different angular distributions W1, W2, . It is also possible for the plate-shaped transmitting optical element 38 to be mounted such that it can rotate about an axis of rotation 40, with the axis of rotation 40 being aligned essentially along a central light direction in the beam path 29 of the projection system 10 at the location of the plate-shaped transmitting optical element 38, as is shown in FIG 4a is indicated.

Bei dem in 4b gezeigten Beispiel sind zwei transmittierende plattenförmige optische Elemente 38a,b gemeinsam im Strahlengang 29 zwischen der Beleuchtungsfläche 5 und der Detektionsfläche 36 oder außerhalb des Strahlengangs 29 positionierbar. Auch bei dem in 4b gezeigten Beispiel weist die Projektionsbelichtungsanlage 1 für den gemeinsamen Transport der plattenförmigen optischen Elemente 38a,b eine Transporteinrichtung 41 auf.At the in 4b In the example shown, two transmitting plate-shaped optical elements 38a,b can be positioned together in the beam path 29 between the illumination surface 5 and the detection surface 36 or outside of the beam path 29. Also with the in 4b In the example shown, the projection exposure system 1 has a transport device 41 for the joint transport of the plate-shaped optical elements 38a,b.

Als vorteilhaft für die Einstellung unterschiedlicher Winkelverteilungen W1, W2, ... hat sich aber eine Veränderung des Abstandes d zwischen den beiden parallel ausgerichteten plattenförmigen optischen Elementen 38a,b erwiesen, wie sie in 4b dargestellt ist. Die Veränderung des Abstandes d wird im gezeigten Beispiel mit Hilfe der Transporteinrichtung 41 vorgenommen, die zu diesem Zweck einen geeigneten Antrieb (Motor) aufweist. Eine Variation des Abstandes d zwischen den beiden plattenförmigen optischen Elementen 38a,b ist bei dem in 4b gezeigten Beispiel nur in einem vergleichsweise kleinen Intervall im Mikrometer-Bereich möglich, und zwar zwischen d = 0,9 µm und d = 1,1 µm. Es versteht sich aber, dass ggf. auch eine größere Variation des Abstandes d zwischen den beiden plattenförmigen optischen Elementen 38a,b einstellbar ist.However, changing the distance d between the two parallel plate-shaped optical elements 38a, b, as shown in FIG 4b is shown. In the example shown, the distance d is changed with the aid of the transport device 41, which has a suitable drive (motor) for this purpose. A variation of the distance d between the two plate-shaped optical elements 38a,b is shown in FIG 4b shown example only possible in a comparatively small interval in the micrometer range, between d = 0.9 microns and d = 1.1 microns. It goes without saying, however, that a larger variation of the distance d between the two plate-shaped optical elements 38a,b can also be set if necessary.

5a,b zeigen die (kombinierte) Transmission T der beiden plattenförmigen optischen Elemente 38a,b bei einer Wellenlänge λ der Beleuchtungsstrahlung 16 von ca. 500 nm in Abhängigkeit vom Einfallswinkel α für drei unterschiedliche Abstände: d = 0,9 µm, d = 1,0 µm, und d = 1,1 µm. 5a,b show the (combined) transmission T of the two plate-shaped optical elements 38a,b at a wavelength λ of the illumination radiation 16 of approximately 500 nm as a function of the angle of incidence α for three different distances: d=0.9 μm, d=1.0 μm , and d = 1.1 µm.

Bei dem in 5a gezeigten Beispiel sind die plattenförmigen optischen Elemente 38a,b nicht beschichtet, weshalb der Hub bzw. der Unterschied in der Transmission zwischen den beiden Abständen d = 0,9 µm und d = 1,1 µm auf maximal 25% (bei einem Einfallswinkel α von ca. 32°) begrenzt bleibt. Bei dem in 5b gezeigten Beispiel weisen die beiden plattenförmigen optischen Elemente 38a,b jeweils eine (dünne) Beschichtung aus Silber auf. Der Hub bzw. die maximale Differenz zwischen der Transmission T bei den beiden Abständen d = 0,9 µm und d = 1,1 µm fällt bei dem in 5b gezeigten Beispiel daher größer aus und liegt bei ca. 60-70% und wird bei einem Einfallswinkel α von ca. 15° erreicht. Eine zusätzliche Optimierung der Beschichtung bzw. der Verwendung von weiteren oder von anderen Materialien für die Beschichtung lässt höhere Differenzen in der Transmission T zwischen dem maximalen und dem minimalen Abstand d der plattenförmigen optischen Elemente 38a,b, erwarten.At the in 5a In the example shown, the plate-shaped optical elements 38a,b are not coated, which is why the stroke or the difference in transmission between the two distances d = 0.9 µm and d = 1.1 µm is limited to a maximum of 25% (at an angle of incidence α of approx. 32°) remains limited. At the in 5b example shown, the two plate-shaped optical elements 38a,b each have a (thin) coating of silver. The stroke or the maximum difference between the transmission T at the two distances d = 0.9 µm and d = 1.1 µm falls at the in 5b The example shown is therefore larger and is around 60-70% and is achieved at an angle of incidence α of around 15°. An additional optimization of the coating or the use of further or other materials for the coating means that higher differences in the transmission T between the maximum and the minimum distance d of the plate-shaped optical elements 38a,b can be expected.

Die in 5a,b gezeigte vertikale Linie stellt den maximalen Einfallswinkel α in der Objektebene 6 einer - beispielhaften - Projektionsbelichtungsanlage 1 dar. Bei dem in 5a gezeigten Beispiel ist die Anordnung des plattenförmigen optischen Elements 38 in bzw. in der Nähe der Objektebene 6 ungünstig, vielmehr sollten das plattenförmige optische Elemente 38 an einem Ort positioniert werden, an dem das Einfallwinkelspektrum bzw. der maximale Einfallwinkel α_MAX größer ist. Da aufgrund der Etendue-Erhaltung die numerische Apertur bei einem typischen Projektionssystem 10 ausgehend von der Objektebene 6 zunimmt, ist eine Positionierung des in 5a gezeigten plattenförmigen optischen Elements 38 in bzw. in der Nähe eines verkleinerten Zwischenbildes oder insbesondere in der Nähe der Bildebene 12 sinnvoll, an der ein größeres Einfallswinkelspektrum herrscht, wie dies in 5a dargestellt ist.In the 5a,b The vertical line shown represents the maximum angle of incidence α in the object plane 6 a - exemplary - projection exposure system 1 is. In the in 5a In the example shown, the arrangement of the plate-shaped optical element 38 in or near the object plane 6 is unfavorable; rather, the plate-shaped optical element 38 should be positioned at a location where the angle of incidence spectrum or the maximum angle of incidence α _MAX is greater. Since the numerical aperture increases in a typical projection system 10 starting from the object plane 6 due to the etendue conservation, a positioning of the in 5a plate-shaped optical element 38 shown in or in the vicinity of a reduced intermediate image or in particular in the vicinity of the image plane 12, on which there is a larger spectrum of angles of incidence, as is the case in 5a is shown.

Bei dem in 5b gezeigten Beispiel können bzw. sollten die plattenförmigen optischen Elemente 38a,b hingegen an einem Ort angeordnet werden, an dem die Einfallswinkelvariation mindestens 15° beträgt. Bei dem in 5b gezeigten Beispiel kann z.B. für einen Einfallswinkel α von 15° die gemeinsame Transmission T der plattenförmigen optischen Elemente 38a,b - und somit die Intensität I der von der Beleuchtungsfläche 5 auf die Detektionsfläche 36 auftreffenden Beleuchtungsstrahlung 16 - nicht nur um mindestens 5% oder um mindestens 20%, sondern um mindestens 50% variiert werden.At the in 5b In the example shown, the plate-shaped optical elements 38a,b can or should be arranged at a location at which the angle of incidence variation is at least 15°. At the in 5b example shown, for an angle of incidence α of 15°, the common transmission T of the plate-shaped optical elements 38a,b - and thus the intensity I of the illumination radiation 16 impinging on the detection surface 36 from the illumination surface 5 - can be increased not only by at least 5% or by at least 20%, but can be varied by at least 50%.

Anders als weiter oben beschrieben ist, ist die Beleuchtungsfläche 5 nicht zwingend in der Objektebene 6 angeordnet und die Detektionsfläche 36 ist nicht zwingend in der Bildebene 12 angeordnet. Die Rolle von Objektebene 6 und Bildebene 12 können vertauscht werden. Auch ist es möglich, die Detektionsfläche 36 oder die Beleuchtungsfläche 5 in einer anderen Feldebene des Projektionssystems 10 zu bilden, beispielsweise in einer Zwischenbildebene oder dergleichen.In contrast to what is described above, the illumination surface 5 is not necessarily arranged in the object plane 6 and the detection surface 36 is not necessarily arranged in the image plane 12 . The role of object plane 6 and image plane 12 can be reversed. It is also possible to form the detection surface 36 or the illumination surface 5 in another field plane of the projection system 10, for example in an intermediate image plane or the like.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

EP 2064597 B1 [0012, 0025]
US2002136351A1 [0025]
WO 2008/034582 A2 [0068]

Claims

Optical system (1), in particular for EUV lithography, comprising: an illumination source (3) for illuminating an illumination area (5) with illumination radiation (16), a detector (35) with a detection area (36) for spatially resolved detection of the illumination radiation ( 16), a projection system (10) which is designed to image the illumination surface (5) onto the detection surface (36), and an evaluation device (37) which is designed, based on an intensity (I) of the illumination radiation (16) at the detection surface (36) for imperfections (26) on optical elements (M1 to M6) in a beam path (29) between the illumination surface (5) and the detection surface (36), characterized in that the optical system (1) is designed , different angular distributions (W1, W2, ...) of the illumination surface (5) to the detection surface (36) arriving illumination radiation (16) set, and that the evaluation device (37) output It is based on the intensity (I) of the illumination radiation (16) on the detection surface (36) at the different angular distributions (W1, W2, ...) on the imperfections (26) on the optical elements (M1 to M6), in particular to close the position of the imperfections (26) on the optical elements (M1 to M6).

Optical system after claim 1 , further comprising: an illumination system (2) which is designed to vary the angular distribution (W1, W2, ...) of the illumination radiation (16) on the illumination surface (5).

Optical system according to one of the preceding claims, further comprising: at least one transmitting optical element (38, 38a,b) which has a transmission (T) dependent on the angle of incidence (α), the transmitting optical element (38) optionally being in the beam path (29) between the illumination surface (5) and the detection surface (36) or can be positioned outside the beam path (29) between the illumination surface (5) and the detection surface (36).

Optical system after claim 3 , in which at least two transmitting optical elements (38a,b) optionally together in the beam path (29) between the illumination surface (5) and the detection surface (36) or outside the beam path (29) between the illumination surface (5) and the detection surface (36 ) can be positioned.

Optical system after claim 4 , at which a distance (d) between the at least two transmitting optical elements (38a, b) can be adjusted.

Optical system according to one of claims 3 until 5 , wherein the at least one transmitting optical element (38, 38a, b) is plate-shaped and preferably has a thickness (D) of less than 10 mm, in particular less than 1 mm.

Optical system after claim 6 , In which the plate-shaped transmitting optical element (38, 38a,b) has a coating (39) with a wavelength-dependent transmission (T(λ)) on at least one side.

Optical system according to one of claims 3 until 7 , in which the plate-shaped optical element (38, 38a, b) positioned in the beam path (29) is mounted so that it can be deformed, tilted and/or rotated about an axis of rotation (40).

Optical system according to one of claims 3 until 8th , in which the at least one transmitting optical element (38, 38a,b) can be positioned in a region in the beam path (29) at which an angle of incidence spectrum (α _MIN , α _MAX ) on the transmitting optical element (38, 38a,b) at least 15°, preferably at least 20°, more preferably at least 25°.

Optical system according to one of the preceding claims, which is designed, when setting the different angular distributions (W1, W2, ...) for at least one angle (α), the intensity (I) of the illumination surface (5) onto the detection surface ( 36) to vary the incident illumination radiation (16) by at least 5%, preferably by at least 20%, particularly preferably by at least 50%.

Optical system according to one of the preceding claims, in which the illumination surface (5) is formed in a first field plane (6) of the projection system (10) and in which the detection surface (36) is formed in a second field plane (12) of the projection system (10). is, wherein the first field plane (6) preferably forms an object plane of the projection system (10) and wherein the second field plane (12) preferably forms an image plane of the projection system (10), or vice versa.

Optical system after claim 11 In which the illumination surface (5) covers the beam path (29) of the projection system (10) in the first field plane (6) and in which the detection surface surface (36) covers the beam path (29) of the projection system (10) in the second field plane (12).