DE10323664A1 - Microlithography projection illumination device incorporates a separate radiation sensor for measuring radiation that has traveled through the same optical system as useful radiation to permit regulation and correction - Google Patents

Microlithography projection illumination device incorporates a separate radiation sensor for measuring radiation that has traveled through the same optical system as useful radiation to permit regulation and correction Download PDF

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Abstract

Illumination device, especially for a microlithography projection illumination device has an optical system (12) for generating an illumination beam (14) and dosing instrumentation for measuring a characteristic value of the illumination beam with a radiation sensor (18). The latter is arranged outside the useful illumination beam in the dispersion region and detects light that has traveled through the same optical system as the useful or working illumination beam.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Belichtungsvorrichtung, die ein optisches System mit mehreren hintereinander geschalteten Optikkomponenten, von denen wenigstens ein Teil strahlungsverlustbehaftet ist, zur Bereitstellung eines Belichtungsnutzstrahls und eine Dosissensorik zur Erfassung einer Belichtungsdosis-Kenngröße des Belichtungsnutzstrahls umfasst, die einen Strahlungssensor beinhaltet. Ein wichtiges Anwendungsgebiet der Erfindung sind mikrolithographische Projektionsbelichtungsvorrichtungen zur Halbleiterwaferstrukturierung. Unter einem Strahlungssensor wird dabei vorliegend ein Sensor verstanden, der von einer Messstrahlung beaufschlagt wird und deren Intensität oder eine andere für die Strahlungsintensität bzw. Strahlungsdosis repräsentative Kenngröße detektiert.The Invention relates to an exposure device that a optical system with several optical components connected in series, at least some of which are radiation-lossy, for Provision of a useful exposure beam and a dose sensor system for recording an exposure dose parameter of the useful exposure beam includes a radiation sensor. An important area of application The invention is microlithographic projection exposure devices for semiconductor wafer structuring. Under a radiation sensor in the present case, a sensor is understood to be that of measuring radiation is applied and their intensity or another for the radiation intensity or radiation dose representative Characteristic detected.

Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsvorrichtungen sind insbesondere als sogenannte Stepper- und Scannersysteme gebräuchlich, mit deren Hilfe eine auf einen Halbleiterwafer aufgebrachte Resistschicht mit einer in eine Retikelebene eingebrachten Maskenstruktur belichtet wird. Die Belichtungsdosis, die das Resistmaterial durch den Belichtungs nutzstrahl erfährt, beeinflusst das Verhalten des Resistmaterials bei der anschließenden Resistentwicklung. Aus diesem Grund sollten Belichtungsdosisschwankungen möglichst gering gehalten werden, wenn sehr feine Strukturen mit hoher Auflösung im Resist erzielt werden sollen. Andererseits werden in solchen Projektionsbelichtungsvorrichtungen als Lichtquellen für die gewünschte Belichtungsstrahlung, häufig UV-Strahlung mit der Tendenz zu immer kürzeren Wellenlängen bis in den EUV-Bereich, üblicherweise Laser eingesetzt, deren Emissionsleistung merklich schwanken kann.Microlithography projection exposure devices are particularly used as so-called stepper and scanner systems, with the help of a resist layer applied to a semiconductor wafer exposed with a mask structure introduced into a reticle plane becomes. The exposure dose that the resist material uses through the exposure beam learns influences the behavior of the resist material during the subsequent resist development. For this reason, exposure dose fluctuations should be possible be kept low if very fine structures with high resolution in the resist should be achieved. On the other hand, in such projection exposure devices as light sources for the desired Exposure radiation, often UV radiation with the tendency to keep getting shorter wavelength to the EUV area, usually Lasers are used whose emission power can fluctuate noticeably.

Als Abhilfe ist es bekannt, im Beleuchtungssystem solcher Projektionsbelichtungsvorrichtungen, das der Retikelebene vorgeschaltet ist, Sensormittel und einen zugehörigen Regelkreis vorzusehen, um Schwankungen der Lichtquellenleistung zu erfassen und durch entsprechende Ansteuerung der Laserlichtquelle zu kompensieren. Die Sensormittel beinhalten dazu typischerweise einen halbdurchlässigen Spiegel im Strahlengang des Beleuchtungssystems zur Auskopplung eines Messlichtstrahls, der auf einen Strahlungssensor gerichtet wird, siehe z.B. die Patentschrift US 6.256.087 B1 und die Offenlegungsschrift JP 01-274022 (A) .As a remedy, it is known to provide sensor means and an associated control circuit in the illumination system of such projection exposure devices, which is connected upstream of the reticle level, in order to detect fluctuations in the light source power and to compensate for this by appropriately controlling the laser light source. For this purpose, the sensor means typically include a semi-transparent mirror in the beam path of the lighting system for coupling out a measuring light beam, which is directed onto a radiation sensor, see for example the patent specification US 6,256,087 B1 and the disclosure JP 01-274022 (A) ,

Derartige Sensoranordnungen im Beleuchtungssystem weisen die Schwierigkeit auf, dass Strahlungsintensitätsänderungen, die in nachfolgenden Komponenten der mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage auftreten, d.h. insbesondere im Projektionsobjektiv, nicht erfasst und ausgeregelt werden können. Es zeigt sich, dass gerade bei den heute vermehrt interessierenden Lithographiesystemen im tiefen UV-Bereich (DUV) und im extremen UV-Bereich (EUV bzw. VUV) der Transmissionsverlust und damit der Belichtungsstrahlungsverlust optischer Komponenten nicht nur im Beleuchtungssystem, sondern auch im Projektionsobjektiv merklich schwanken kann. Dies wird zum Beispiel durch organische Kontamination zusammen mit Reinigungseffekten durch UV-Strahlung hervorgerufen. So wird insbesondere ein sogenannter „rapid damage"-Effekt beobachtet, bei dem es sich um eine reversible Transmissionsgradänderung optischer Komponenten im Bereich bis zu mehreren Prozent auf einer Zeitskala von wenigen Minuten handelt. Zwar kommt generell in Betracht, diesen Effekt dadurch zu korrigieren, dass für jedes System einzeln das zeitliche Verhalten des Transmissionsgrades auf der Waferebene vorab gemessen wird und die dadurch gewonnenen Ergebnisse gespeichert werden, um sie im anschließenden Belichtungsbetrieb als „feed-forward"-Korrektur steuernd zu verwenden. Diese Vorgehensweise ist jedoch in ihrer Genauigkeit begrenzt und z.B. für schnelle Wechsel von Maskenstrukturen mit unterschiedlicher Transmission wenig geeignet.such Sensor arrangements in the lighting system have the difficulty on that changes in radiation intensity, those in the following components of the microlithographic projection exposure system occur, i.e. especially not in the projection lens and can be adjusted. It shows that especially those who are increasingly interested today Lithography systems in the deep UV range (DUV) and in the extreme UV range (EUV or VUV) the transmission loss and thus the exposure radiation loss optical components not only in the lighting system, but also can fluctuate noticeably in the projection lens. For example due to organic contamination together with cleaning effects UV radiation caused. A so-called “rapid damage "effect observed, which is a reversible change in transmittance optical components in the range up to several percent on a time scale of a few minutes. Although this is generally considered Correct the effect by doing that for each system individually temporal behavior of the transmittance on the wafer level in advance is measured and the results obtained are saved to them in the subsequent Controlling exposure mode as "feed-forward" correction to use. However, this approach is accurate limited and e.g. For fast change of mask structures with different transmission not very suitable.

Um die tatsächlich auf einen Wafer durch einen entsprechenden Belichtungsnutzstrahl einfallende Strahlungsintensität und damit Belichtungsdosis möglichst genau erfassen zu können, wird in der Offenlegungsschrift US 2002/0060296 A1 vorgeschlagen, einen akustischen Sensor möglichst wafernah, d.h. in einem hinteren, wafernahen Teil des Projektionsobjektivs einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage zu platzieren. Diese Anordnung ermöglicht zwar eine wafernahe Erfassung der Intensität bzw. Dosis der Belichtungsstrahlung während des Belichtungsbetriebs, sie ist jedoch mit einem verhältnismäßig großen Realisierungsaufwand verbunden und erfasst die Belichtungsintensität bzw. Belichtungsdosis nur indirekt. Speziell benötigt die Anordnung ein akustisches Sensorelement, wie ein Mikrophon, einen Barograph oder einen Vibrationssensor, das so zu bauen und anzuordnen ist, dass es Schallwellen, die vom Durchtritt gepulster Belichtungsstrahlung verursacht werden, oder Vibrationen oder Schallwellen erfasst, die von einem Objekt, wie einem belichteten Wafer, abgegeben werden, auf das die Belichtungsstrahlung einfällt. In ersterem Fall ist zusätzlich eine schallwellenfokussierende Hohlkammerstruktur erforderlich.Around actually onto a wafer by means of a corresponding exposure useful beam incident radiation intensity and therefore exposure dose if possible to be able to grasp exactly is proposed in US 2002/0060296 A1, an acoustic sensor if possible close to the wafer, i.e. in a rear part of the projection lens close to the wafer a microlithographic projection exposure system. This arrangement enables a detection of the intensity or dose of the exposure radiation close to the wafer while the exposure operation, but it is associated with a relatively large amount of implementation and only detects the exposure intensity or exposure dose indirectly. Specifically needed the arrangement is an acoustic sensor element, such as a microphone, a barograph or a vibration sensor to build that and to be arranged is that there are sound waves pulsed by the passage Exposure radiation is caused, or vibrations or sound waves detected by an object, such as an exposed wafer on which the exposure radiation is incident. In the former case there is an additional one Sound wave focusing hollow chamber structure required.

In der Offenlegungsschrift EP 1 017 086 A1 wird vorgeschlagen, zur Berücksichtigung von Transmissionsgradschwankungen auch der optischen Komponenten im Projektionsobjektiv eine Belichtungsstrahlungssensorik auf einem Wafertisch neben einem Waferhaltebereich zusätzlich zu einer integralen Beleuchtungsstrahlungssensorik im Beleuchtungssystem anzuordnen. Beide Sensoreinheiten sind Teil eines Belichtungsregelkreises. Durch Lateralverschiebung des Wafertischs kann wahlweise während Messvorgängen die dort angeordnete Strahlungssensorik und während Belichtungsvorgängen ein zu belichtender Wafer in den vom Projektionsobjektiv austretenden Belichtungsnutzstrahl gebracht werden. Die während solcher Messvorgänge erhaltenen Messwerte werden zur Verwendung bei der Steuerung anschließender Belichtungsvorgänge abgespeichert. Eine Erfassung der Intensität bzw. Dosis des auf einen Wafer einfallenden Belichtungsnutzstrahls unter Berücksichtigung von zeitlich schwankenden Strahlungsverlusten im Projektionsobjektiv in Echtzeit während eines Belichtungsvorgangs ist mit dieser Anordnung folglich nicht möglich.In the published application EP 1 017 086 A1 It is proposed, in order to take into account transmittance fluctuations, also of the optical components in the projection objective, an exposure radiation sensor system on a wafer table in addition to a wafer holding area in addition to an integral illumination radiation sensor system in the lighting to arrange system. Both sensor units are part of an exposure control loop. By lateral displacement of the wafer table, the radiation sensor system arranged there can optionally be brought into the usable exposure beam emerging from the projection lens during measurement processes and during exposure processes a wafer to be exposed. The measurement values obtained during such measurement processes are stored for use in the control of subsequent exposure processes. A detection of the intensity or dose of the useful exposure beam incident on a wafer, taking into account time-varying radiation losses in the projection objective in real time during an exposure process, is therefore not possible with this arrangement.

Insbesondere bei Scanner-Systemen ist die Gleichmäßigkeit der Belichtung, die sogenannte „Uniformity", von wesentlicher Bedeutung. Es sind bereits verschiedentlich Vorrichtungen zur Korrektur der Gleichmäßigkeit bekannt, siehe z.B. die Offenlegungsschriften EP 0 633 506 A1 und EP 1 154 330 A2 .In scanner systems in particular, the uniformity of the exposure, the so-called “uniformity”, is of essential importance. Various devices for correcting the uniformity are already known, see for example the laid-open documents EP 0 633 506 A1 and EP 1 154 330 A2 ,

Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung einer Belichtungsvorrichtung der eingangs genannten Art zugrunde, die sich mit relativ geringem Aufwand realisieren lässt und eine zuverlässige Erfassung der tatsächlichen Belichtungsintensität bzw. Belichtungsdosis des Belichtungsnutzstrahls und damit auch eine Regelung und Korrektur der Belichtungsdosis und Gleichmäßigkeit ermöglicht.The The invention is a technical problem of providing a Exposure device of the type mentioned that can be implemented with relatively little effort and reliable detection the actual exposure intensity or exposure dose of the useful exposure beam and thus also regulation and correction of the exposure dose and uniformity allows.

Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung einer Belichtungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bei dieser Belichtungsvorrichtung ist der Strahlungssensor außerhalb des Belichtungsnutzstrahls im Ausbreitungsbereich von Messstrahlung angeordnet, die gleichzeitig mit der den Belichtungsnutzstrahl bildenden Strahlung über die gleichen strahlungsverlustbehafteten Optikkomponenten des optischen Systems geführt ist.The Invention solves this problem by providing an exposure device with the features of claim 1. In this exposure device the radiation sensor is outside of the useful exposure beam in the range of measurement radiation arranged, which at the same time as that forming the exposure useful beam Radiation over the same optical components with the loss of radiation of the optical Systems led is.

Diese Eigenschaft gewährleistet, dass Schwankungen in der Belichtungsintensität bzw. Belichtungsdosis des Belichtungsnutzstrahls in gleicher Weise bei der Messstrahlung auftreten und somit vom Strahlungssensor detektiert werden können, insbesondere auch soweit sie auf einen zeitlich schwankenden Transmissionsgrad einer oder mehrerer transmissiver Optikkomponenten oder auf einen zeitlich schwankenden Reflexionsgrad einer oder mehrerer reflektierender Optikkomponenten zurückgehen. Da der Strahlungssensor außerhalb des Belichtungsnutzstrahls angeordnet ist, stört er dessen Belichtungsfunktion nicht, so dass die Erfassung der gewünschten Belichtungsdosis-Kenngröße des Belichtungsnutzstrahls, wie dessen Intensität bzw. Leistungsdichte oder Belichtungsdosis, in Echtzeit und in-situ während eines Belichtungsvorgangs möglich ist. Das Messsignal des Strahlungssensors kann dann bei Bedarf z.B. für einen Regelkreis verwendet werden, mit dem eine gewünschte Belichtungsintensität bzw. Belichtungsdosis eingeregelt wird.This Property ensures that fluctuations in the exposure intensity or exposure dose of the Exposure useful beam occur in the same way with the measuring radiation and thus can be detected by the radiation sensor, in particular also to the extent that they have a transmittance that fluctuates over time one or more transmissive optical components or on one time-varying reflectance of one or more reflective Optics components. Because the radiation sensor is outside of the useful exposure beam is arranged, it interferes with its exposure function not so that the acquisition of the desired exposure dose parameter of the useful exposure beam, like its intensity or power density or exposure dose, in real time and in situ while of an exposure process possible is. The measurement signal of the radiation sensor can then be e.g. for one Control loop can be used with which a desired exposure intensity or exposure dose is settled.

Im Fall der Anwendung für mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlagen bedeutet dies, dass die Messstrahlung auch alle strahlungsverlustbehafteten Optikkomponenten des Projektionsobjektivs, an dessen Austrittsseite der Belichtungsnutzstrahl zur Waferbelichtung bereitgestellt wird, transmittierend oder reflektierend passiert hat. Daher wirken sich Transmissions- oder Reflexionsgradänderungen z.B. von Linsen des Projektionsobjektivs genauso wie auf den Belichtungsnutzstrahl auch auf die Messstrahlung aus, und dadurch verursachte Schwankungen der Intensität des Belichtungsnutzstrahls können ohne Störung desselben anhand der Detektion der Messstrahlung während eines Belichtungsvorgangs erfasst werden.in the Case of application for microlithographic projection exposure equipment, this means that the measuring radiation also includes all optical components with radiation loss of the projection lens, on the exit side of which the exposure useful beam is provided for wafer exposure, transmissive or reflective happened. Therefore, changes in transmission or reflectance have an effect e.g. of lenses of the projection lens as well as on the exposure useful beam as well on the measuring radiation, and fluctuations caused thereby the intensity of the useful exposure beam without interference the same based on the detection of the measurement radiation during a Exposure process are recorded.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Strahlungssensor zur Erfassung von Streu- oder Reflexionsstrahlung im Ausbreitungsbereich solcher Strahlung neben dem Belichtungsnutzstrahl im Strahlengang auf Höhe oder hinter einer letzten strahlungsverlustbehafteten Optikkomponente des optischen Systems angeordnet. Die Streu- oder Reflexionsstrahlung hat gleichzeitig die gleichen strahlungsverlustbehafteten Optikkomponenten transmittierend oder reflektierend passiert wie die den Belichtungsnutzstrahl bildende Strahlung. Etwaige Schwankungen der Intensität des Belichtungsnutzstrahls sind folglich in gleicher Weise in dieser Streu- oder Reflexionsstrahlung vorhanden und können während eines Belichtungsvorgangs ohne Unterbrechung desselben detektiert werden. Die Platzierung eines solchen Streu- oder Reflexionsstrahlungssensors ist z.B. im austrittsseitigen Teil eines Projektionsobjektivs einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage im Randbereich einer Durchtrittsöffnung möglich, die vom Belichtungsnutzstrahl nicht vollständig ausgefüllt wird.In An advantageous embodiment of the invention is the radiation sensor for the detection of scattered or reflected radiation in the propagation area such radiation in addition to the useful exposure beam in the beam path at height or behind a last optical component with radiation loss arranged of the optical system. The scattered or reflection radiation has at the same time the same optical components with radiation loss transmitting or reflective like the one that forms the useful exposure beam Radiation. Any fluctuations in the intensity of the useful exposure beam are consequently in the same way in this scattered or reflection radiation available and can while of an exposure process is detected without interruption become. The placement of such a scatter or reflection radiation sensor is e.g. in the exit-side part of a projection lens microlithographic projection exposure system in the edge area a passage opening possible, which is not completely filled by the useful exposure beam.

In einer Weiterbildung der Erfindung sind Mittel zur Teilung der Strahlung vor einer letzten strahlungsverlustbehafteten Optikkomponente des optischen Systems in wenigstens den Belichtungsnutzstrahl und einen Messlichtstrahl und zur Führung des letzteren über alle nachfolgenden strahlungsverlustbehafteten Optikkomponenten des optischen Systems vorgesehen, über die auch der Belichtungsnutzstrahl geführt wird. Der Strahlungssensor ist in diesem Fall im Ausbreitungsbereich des abgeteilten Messlichtstrahls im Strahlengang nach der letzten strahlungsverlustbehafteten Optikkomponente angeordnet. Etwaige Schwankungen der Intensität des Belichtungsnutzstrahls treten folglich in gleicher Weise im abgeteilten Messlichtstrahl auf und können vom zugeordneten Strahlungssensor erfasst werden.In a further development of the invention, means are provided for dividing the radiation in front of a last optical component of the optical system which is subject to radiation loss into at least the useful exposure beam and a measuring light beam and for guiding the latter over all subsequent optical component of the optical system which is subject to radiation loss and via which the useful exposure beam is also guided. In this case, the radiation sensor is located in the area of propagation of the divided measuring light beam in the beam path after the last optical component with radiation loss assigns. Any fluctuations in the intensity of the useful exposure beam consequently occur in the divided measuring light beam in the same way and can be detected by the assigned radiation sensor.

In weiterer Ausgestaltung dieser Maßnahme beinhalten die Teilungsmittel vorteilhafterweise ein in das optische System an einer beliebigen, geeigneten Stelle im Strahlengang vor der letzten strahlungsverlustbehafteten Optikkomponente eingebrachtes diffraktives Linsenelement. Im Anwendungsfall einer lithographischen Projektionsbelichtungsanlage mit Beleuchtungssystem und nachgeschaltetem Projektionsobjektiv ist das diffraktive Linsenelement bevorzugt im Projektionsobjektiv angeordnet, z.B. nahe oder auf Höhe einer Pupillenebene desselben. In einer weiteren Ausgestaltung ist das diffraktive Linsenelement an einer Oberfläche einer refraktiven Linse des Projektionsobjektivs angeordnet, sei es als separates Bauteil oder als auf die refraktive Linse aufgebrachte, diffraktive Oberflächenschichtstruktur.In Further development of this measure includes the dividing funds advantageously one in the optical system at any suitable point in the beam path before the last one with radiation loss Optical component introduced diffractive lens element. In the application a lithographic projection exposure system with lighting system and the downstream projection lens is the diffractive lens element preferably arranged in the projection lens, e.g. close or up Height one Pupil plane of the same. In a further embodiment, this is diffractive lens element on a surface of a refractive lens of the Projection lens arranged, be it as a separate component or as a diffractive surface layer structure applied to the refractive lens.

Alternativ oder zusätzlich zur Auskopplung eines Messlichtstrahls vor einer letzten strahlungsverlustbehafteten Optikkomponente des optischen Systems können Mittel zum Auskoppeln eines Messlichtstrahls aus der Strahlung hinter der letzten strahlungsverlustbehafteten Optikkomponente vorgesehen sein, wobei der nicht ausgekoppelte Teil der Belichtungsstrahlung den Belichtungsnutzstrahl bildet. Derartige Auskopplungsmittel können z.B. wiederum ein diffraktives Element beinhalten. Da hinter der letzten strahlungsverlustbehafteten Optikkomponente und damit an der Austrittsseite des optischen Systems häufig etwas mehr Bauraum zur Verfügung steht, eignen sich in diesem Fall als Auskopplungsmittel gegebenenfalls auch etwas voluminösere, auskoppelnde optische Elemente, wie Prismen und ähnliche strahlablenkende Hilfsoptiken.alternative or additionally for decoupling a measuring light beam before a last one with radiation loss Optical components of the optical system can have coupling-out means a measuring light beam from the radiation behind the last one with radiation loss Optical component can be provided, the non-decoupled part the exposure radiation forms the useful exposure beam. such Coupling agents can e.g. again contain a diffractive element. Since behind the last optical component with radiation loss and thus the exit side of the optical system often a little more space Available, In this case they are suitable as decoupling agents also something more voluminous, decoupling optical elements, such as prisms and similar beam-deflecting auxiliary optics.

Eine baulich vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, den Strahlungssensor in eine Fassung einer der Optikkomponenten des optischen Systems zu integrieren.A structurally advantageous embodiment of the invention provides that Radiation sensor in a version of one of the optical components of the integrate optical system.

In Weiterbildung der Erfindung beinhaltet der Strahlungssensor mehrere, mit lateralem Abstand voneinander außerhalb des Belichtungsnutzstrahls angeordnete Strahlungssensorelemente. Dies ermöglicht zusätzlich eine entsprechend ortsaufgelöste Erfassung der Intensität des Belichtungsnutzstrahls. Insbesondere kann mit dieser Maßnahme die räumliche Homogenität der Intensität des Belichtungsnutzstrahls über seinen Strahlquerschnitt hinweg überprüft werden.In Further development of the invention, the radiation sensor contains several arranged at a lateral distance from one another outside of the useful exposure beam Radiation sensor elements. This also enables a correspondingly spatially resolved recording the intensity of the useful exposure beam. In particular, with this measure spatial homogeneity the intensity of the useful exposure beam above its beam cross-section can be checked.

In Weiterbildung der Erfindung umfasst die Belichtungsvorrichtung vorteilhaft eine Regelungseinheit für die Belichtungsdosis und/oder eine Regelungseinheit für die Gleichmäßigkeit der Belichtung, d.h. die Feldverteilung der Belichtungsdosis, wobei der betreffenden Regelungseinheit die vom Strahlungssensor gelieferte Sensorinformation zugeführt wird.In Further development of the invention advantageously includes the exposure device a control unit for the exposure dose and / or a control unit for uniformity exposure, i.e. the field distribution of the exposure dose, the relevant control unit the one supplied by the radiation sensor Sensor information is supplied.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen:advantageous embodiments the invention are illustrated in the drawings and are described below described. Here show:

1 eine schematische Querschnittansicht durch den austrittsseitigen Teil eines Projektionsobjektivs einer mikrolithographischen Scanner-Projektionsbelichtungsanlage mit integriertem Streulichtsensor und 1 a schematic cross-sectional view through the exit-side part of a projection lens of a microlithographic scanner projection exposure system with integrated scattered light sensor and

2 eine schematische, perspektivische Seitenansicht des Projektionsteils einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage mit diffraktiver Messlichtauskopplung und integriertem Messlichtsensor. 2 is a schematic, perspective side view of the projection part of a microlithographic projection exposure system with diffractive measurement light coupling and integrated measurement light sensor.

Die schematische Querschnittansicht von 1 bezieht sich speziell auf einen sogenannten Scanner, mit dem durch einen abrasternd geführten Belichtungsnutzstrahl eine in eine Retikelebene eingebrachte Maskenstruktur auf einen Halbleiterwafer abgebildet wird. Dazu wird der Wafer in einer Bildebene eines Projektionsobjektivs positioniert, während sich die Maske in einer Objektebene desselben befindet. Vor der Retikelebene befindet sich, wie üblich, ein Beleuchtungssystem mit einer geeigneten Strahlungsquelle, z.B. einer Laserlichtquelle im UV-Wellenlängenbereich unterhalb von 200mm, d.h. im tiefen UV-Bereich bis hin zum EUV-Bereich.The schematic cross-sectional view of 1 relates specifically to a so-called scanner, with which a mask structure introduced into a reticle plane is imaged on a semiconductor wafer by means of a scanning exposure light beam. For this purpose, the wafer is positioned in an image plane of a projection objective while the mask is in an object plane thereof. As usual, there is an illumination system in front of the reticle level with a suitable radiation source, for example a laser light source in the UV wavelength range below 200mm, ie in the deep UV range up to the EUV range.

Beim Scanner von 1 wird die von der Transmission von Beleuchtungssystem und Projektionsobjektiv abhängige Belichtungsintensität bzw. Belichtungsdosis des Scanner-Belichtungsnutzstrahls im Strahlengang kurz vor der Waferebene am austrittsseitigen Ende des Projektionsobjektivs integriert gemessen, um über eine Regelschleife die Leistung der Laserlichtquelle bzw. die Pulszahl eines gepulsten Lasers während eines Belichtungsvorgangs anzupassen, d.h. die Belichtungsintensität bzw. Belichtungsdosis auf einen vorgebbaren Sollwert einzuregeln. Zum Verständnis dieser erfindungsgemäßen Maßnahme genügt die schematische Querschnittansicht von 1 durch den austrittsseitigen Teil des Projektionsobjektivs, während der Scanner im übrigen von einem beliebigen herkömmlichen Aufbau ist, der hier folglich keiner weiteren Erläuterung bedarf.With the scanner from 1 the exposure intensity or exposure dose of the scanner exposure useful beam, which is dependent on the transmission of the illumination system and the projection lens, is measured in the beam path shortly before the wafer level at the exit end of the projection lens in order to use a control loop to measure the power of the laser light source or the pulse number of a pulsed laser during an exposure process to adapt, ie to regulate the exposure intensity or exposure dose to a predefinable target value. The schematic cross-sectional view of FIG 1 through the exit-side part of the projection lens, while the scanner is otherwise of any conventional construction, which consequently requires no further explanation here.

Wie in 1 schematisch veranschaulicht, werden bei derartigen Scannersystemen die letzten feldnahen Flächen, d.h. die der Waferebene zugewandten, im Strahlengang letzten Flächen des Projektionsobjektivs, bei denen es sich in der Regel um rotationssymmetrische Flächen handelt, nicht voll genutzt, d.h. es wird nicht die gesamte Durchlassfläche vom abrasternd geführten Belichtungsnutzstrahl getroffen. Speziell ist in 1 ein typischerweise rechteckförmiges Scannerfeld 1 auf Waferebe ne angegeben, dem auf Höhe einer kreisrunden Berandungsfläche 4 des austrittsseitigen Teils des Projektionsobjektivs, die z.B. von einer Fassung einer austrittsseitigen Optikkomponente definiert sein kann, ein etwas größeres, rechteckförmiges Belichtungsstrahlungsfeld 2 entspricht. Genauer entspricht dieses Belichtungsstrahlungsfeld 2 dem Scannerfeld 1, das die Bildgröße des Scanners repräsentiert, zuzüglich der Überlagerung der zu den Bildpunkten des Scannerfeldes 1 gehörigen Lichtkegel des Belichtungsnutzstrahls bei gegebenem Arbeitsabstand der Berandungsfläche 4 zur Waferebene von z.B. 12mm, wobei der Lichtkegeldurchmesser gleich dem Produkt der doppelten numerischen Apertur mit dem Arbeitsabstand ist.As in 1 In the case of such scanner systems, the last surfaces close to the field, ie the surfaces of the projection lens which face the wafer plane and which are last in the beam path and which are usually schematically illustrated, are schematically illustrated rotationally symmetrical surfaces act, not fully used, ie not the entire transmission surface is struck by the scanning useful exposure beam. Special is in 1 a typically rectangular scanner field 1 on wafer level ne, that at the level of a circular boundary surface 4 of the exit-side part of the projection objective, which can be defined, for example, by a socket of an exit-side optical component, a somewhat larger, rectangular exposure radiation field 2 equivalent. This exposure radiation field corresponds more precisely 2 the scanner field 1 , which represents the image size of the scanner, plus the overlay on the pixels of the scanner field 1 proper light cone of the useful exposure beam for a given working distance of the boundary surface 4 to the wafer level of, for example, 12 mm, the light cone diameter being equal to the product of the double numerical aperture with the working distance.

In 1 sind diese Geometrieverhältnisse durch vier Momentaufnahmen von Belichtungsnutzstrahlpositionen 3a bis 3d veranschaulicht, in denen sich der Belichtungsnutzstrahlkegel mit seinem Mittelpunkt jeweils gerade in einem Eckpunkt des Scannerfeldes 1 befindet. Zwischen dem rechteckförmigen Belichtungsstrahlungsfeld 2 und der Berandung 4 verbleibt folglich eine nicht vom Belichtungsnutzstrahl beaufschlagte Randzone aus vier im Querschnitt segmentförmigen Zonenbereichen 5a bis 5d im 90°-Winkelabstand um das Belichtungsstrahlungsfeld 2 herum.In 1 are these geometrical relationships through four snapshots of exposure useful beam positions 3a to 3d illustrates in which the exposure useful beam cone is centered in a corner point of the scanner field 1 located. Between the rectangular exposure radiation field 2 and the boundary 4 Consequently, there remains an edge zone which is not acted upon by the useful exposure beam and consists of four zone regions which are segment-shaped in cross section 5a to 5d at an angle of 90 ° around the exposure radiation field 2 around.

In diesen Randzonenbereichen 5a bis 5d tritt Streulicht auf, das von der gleichen Strahlung wie der das Projektionsobjektiv verlassende Belichtungsnutzstrahl stammt und somit die gleichen Strahlungsverluste bzw. Intensitätsschwankungen wie der Belichtungsnutzstrahl aufweist, wie sie nicht nur von der Strahlungsquelle selbst, sondern auch von den strahlungsverlustbehafteten Optikkomponenten des Beleuchtungssystems und des Projektionsobjektivs verursacht werden. Insbesondere liegen im Fall von Transmissions- bzw. Reflexionsgradänderungen von Optikkomponenten des Beleuchtungssystems und des Projektionsobjektivs aufgrund des „rapid damage"-Effektes die gleichen Intensitätsschwankungen wie im Belichtungsnutzstrahl auch in dieser Streustrahlung im Strah lengang auf Höhe oder hinter der letzten strahlungsverlustbehafteten Optikkomponente des Projektionsobjektivs vor. Denn die Streustrahlung ist über die gleichen strahlungsverlustbehafteten Optikkomponenten des Beleuchtungssystems und des Projektionsobjektivs transmittierend oder reflektierend gelaufen wie die den Belichtungsnutzstrahl bildende Strahlung. Das Streulicht stammt dabei im allgemeinen weitestgehend aus Streueffekten an im Strahlengang hinteren, lichtstreuenden Optikkomponenten des Projektionsobjektivs.In these peripheral areas 5a to 5d Scattered light occurs that comes from the same radiation as the useful exposure beam leaving the projection lens and thus has the same radiation losses or intensity fluctuations as the useful exposure beam, as it causes not only from the radiation source itself, but also from the optical components of the lighting system and the projection lens which are subject to radiation loss become. In particular, in the case of changes in the transmission or reflectance of optical components of the lighting system and the projection lens due to the “rapid damage” effect, the same intensity fluctuations as in the useful exposure beam also exist in this scattered radiation in the beam path at the level or behind the last optical component of the projection lens which is subject to radiation loss. This is because the scattered radiation has been transmitted or reflected via the same optical components of the lighting system and the projection lens that are subject to radiation loss as the radiation forming the useful exposure beam. The scattered light generally originates largely from scattering effects on the light-scattering optical components of the projection lens that are behind in the beam path.

Im Scanner von 1 wird diese Tatsache, dass das Streulicht in den Randzonenbereichen 5a bis 5d das Zeitverhalten der Belichtungsintensität des Belichtungsnutzstrahls auch bei zeitlichen Schwankungen des Transmissions- oder Reflexionsgrades optischer Komponenten im Beleuchtungssystem und im Projektionsobjektiv wiederspiegelt, für eine wirklichkeitsgetreue Erfassung der tatsächlichen Belichtungsintensität bzw. Belichtungsdosis des Belichtungsnutzstrahls in Echtzeit während eines jeweiligen Belichtungsvorgangs genutzt, was sich dann bei Bedarf zur Einregelung eines vorgegebenen Sollwerts der Belichtungsintensität oder Belichtungsdosis nutzen lässt. Zu diesem Zweck weist der Scanner von 1 einen Strahlungssensor mit einem Strahlungssensorelement 7a auf, das in einem der Randzonenbereiche, z.B. dem Randzonenbereich 5a, positioniert ist. Vorzugsweise ist es hierzu durch geeignete mechanische Befestigungsmittel 6 am Projektionsobjektiv fixiert, z.B. an der die gezeigte austrittsseitige Objektivberandung definierenden Fassung 4. Das Strahlungssensorelement 7a lässt sich auf diese Weise platzsparend und ohne größeren Modifikations- und Realisierungsaufwand in den austrittsseitigen Teil des Projektionsobjektivs integrieren. Einer Belichtungsreglereinheit 8 ist ein Messausgangssignal 9 des Strahlungssensorelements 7a als Rückführgröße zugeführt. Daraus ermittelt die Belichtungsreglereinheit 8 unter Berücksichtigung eines vorgegebenen Belichtungsdosis-Sollwertes ausgangsseitig ein Stellsignal 10, mit dem in herkömmlicher, nicht näher gezeigter Weise die Leistung der Laserlichtquelle gesteuert wird. Dies geschieht z.B. durch entsprechendes Anpassen der Laserleistung bzw. der Pulszahl eines gepulsten Lasers.In the scanner from 1 this fact becomes that the stray light in the peripheral areas 5a to 5d reflects the time behavior of the exposure intensity of the useful exposure beam even with temporal fluctuations in the transmission or reflectance of optical components in the lighting system and in the projection lens, for a realistic recording of the actual exposure intensity or exposure dose of the useful exposure beam in real time during a respective exposure process, which is then used if necessary Adjustment of a predetermined target value of the exposure intensity or exposure dose can be used. For this purpose, the scanner from 1 a radiation sensor with a radiation sensor element 7a on that in one of the edge zone areas, for example the edge zone area 5a , is positioned. For this purpose it is preferably by means of suitable mechanical fastening means 6 fixed on the projection lens, for example on the frame defining the exit lens edge shown 4 , The radiation sensor element 7a can be integrated into the exit-side part of the projection lens in a space-saving manner and without major modification and implementation effort. An exposure control unit 8th is a measurement output signal 9 of the radiation sensor element 7a fed as a feedback variable. The exposure control unit determines from this 8th taking into account a predetermined exposure dose setpoint, an actuating signal on the output side 10 , with which the power of the laser light source is controlled in a conventional, not shown manner. This is done, for example, by adapting the laser power or the pulse number of a pulsed laser accordingly.

Insgesamt ermöglicht folglich die Anordnung von 1 während eines jeweiligen Waferbelichtungsvorgangs in Echtzeit und in-situ eine zuverlässige, wirklichkeitsgetreue Erfassung der Belichtungsintensität und damit Belichtungsdosis des Belichtungsnutzstrahls für einen zu belichtenden Wafer mit Hilfe des Streulichtsensors 7a am Austritt des Projektionsobjektivs ohne Störung des Belichtungsnutzstrahls. Dabei werden auch Transmissionsgradschwankungen von Komponenten im Beleuchtungssystem und im Projektionsobjektiv erfasst, die sich aufgrund des reversiblen „rapid damage"-Effektes auf einer Zeitskala von wenigen Minuten ereignen können, und können dementsprechend durch die Belichtungsregelung ausgeregelt werden.Overall, the arrangement of 1 during each wafer exposure process in real time and in-situ, a reliable, realistic recording of the exposure intensity and thus exposure dose of the useful exposure beam for a wafer to be exposed with the aid of the scattered light sensor 7a at the exit of the projection lens without disturbing the useful exposure beam. Fluctuations in the transmittance of components in the lighting system and in the projection lens, which can occur on a time scale of a few minutes due to the reversible "rapid damage" effect, are also recorded and can accordingly be compensated for by the exposure control.

Optional kann der Strahlungssensor für den Scanner von 1 mindestens ein weiteres Strahlungssensorelement nach Art des Strahlungssensorelements 7a im gleichen Randzonenbereich 5a und/oder in einem oder mehreren der anderen Randzonenbereiche 5b, 5c, 5d umfassen. Beispielhaft ist in 1 je ein weiteres optionales Strahlungssensorelement 7b, 7c, 7d in den drei anderen Randzonenbereichen 7b, 7c, 7d platziert. In diesem Fall sind folglich vier Strahlungssensorelemente 7a bis 7d mit weitgehend gleichem Winkelabstand von ca. 90° um das Belichtungsstrahlungsfeld 2 herum angeordnet. Jedes dieser Strahlungssensorelemente 7a bis 7d erfasst primär Streulicht aus dem lateral benachbarten Umfangswinkelbereich des Belichtungssnutzstrahls. Etwaige örtliche Inhomogenitäten der Strahlungsintensität über den Strahlquerschnitt hinweg äußern sich folglich in entsprechend unterschiedlichen Streulichtintensitäten im zugehörigen Randzonenbereich 5a bis 5d und können aus den entsprechend unterschiedlichen Messsignalen der mehreren, lateral voneinander beabstandeten Strahlungssensorelemente 7a bis 7d ermittelt werden. Dies ermöglicht eine Kontrolle der lateralen Gleichmäßigkeit der Belichtungsintensität bzw. Belichtungsdosis des Belichtungsnutzstrahls über seinen Strahlquerschnitt hinweg.The radiation sensor for the scanner from 1 at least one further radiation sensor element in the manner of the radiation sensor element 7a in the same peripheral zone 5a and / or in one or more of the other edge zone areas 5b . 5c . 5d include. An example is in 1 one additional optional radiation sensor element each 7b . 7c . 7d in the other three fringes areas 7b . 7c . 7d placed. In this case there are therefore four radiation sensor elements 7a to 7d with largely the same angular distance of approx. 90 ° around the exposure radiation field 2 arranged around. Each of these radiation sensor elements 7a to 7d primarily detects scattered light from the laterally adjacent circumferential angular range of the useful exposure beam. Any local inhomogeneities in the radiation intensity across the beam cross-section consequently manifest themselves in correspondingly different scattered light intensities in the associated peripheral zone area 5a to 5d and can from the correspondingly different measurement signals of the plurality of laterally spaced radiation sensor elements 7a to 7d be determined. This enables the lateral uniformity of the exposure intensity or exposure dose of the useful exposure beam to be checked over its beam cross section.

Speziell kann diese Strahlungssensorik in einer Belichtungsvorrichtung verwendet werden, die außerdem eine Regiereinheit zur Regelung der sogenannten Uniformity, d.h. der Gleichmäßigkeit der Feldverteilung der Belichtungsdosis, während eines Waferbelichtungsvorgangs umfasst. Je nach Anwendungsfall kann hierbei die gezeigte Belichtungsreglereinheit 8 zur Regelung sowohl der Belichtungsdosis, d.h. der Belichtungsenergie, als auch der Uniformity oder auch nur zur Regelung der Uniformity ausgelegt sein, oder es können je eine Regiereinheit zur Regelung der Belichtungsenergie einerseits und der Uniformity andererseits vorgesehen sein.In particular, this radiation sensor system can be used in an exposure device, which also comprises a control unit for regulating the so-called uniformity, ie the uniformity of the field distribution of the exposure dose, during a wafer exposure process. Depending on the application, the exposure controller unit shown can 8th can be designed to regulate both the exposure dose, ie the exposure energy, and the uniformity or only to regulate the uniformity, or a control unit can be provided for regulating the exposure energy on the one hand and the uniformity on the other.

Alternativ oder zusätzlich zur oben erläuterten Streulichtmessung kann zur Erfassung der Belichtungsintensität bzw. Belichtungsdosis des Belichtungsnutzstrahls eine Reflexionslichtmessung vorgesehen sein. Dazu kann Refexionsstrahlung genutzt werden, die von vorzugsweise einer der letzten Optikkomponenten des optischen Systems, welches ausgangsseitig den Belichtungsnutzstrahl liefert, reflektiert wird und über die gleichen strahlungsverlustbehafteten Optikkomponenten gelaufen ist wie die den Belichtungsnutzstrahl bildende Strahlung. Der Streulichtsensor wird so positioniert, dass er von der Reflexionsstrahlung getroffen wird. Wie im oben erläuterten Streulichtfall ist die gemessene Reflexionslichtintensität ein eindeutiges Maß für die Belichtungsintensität bzw. Belichtungsdosis des Belichtungsnutzstrahls, sowohl in ihrer Zeitabhängigkeit als auch gegebenenfalls bei Vorhandensein mehrerer, räumlich verteilter Strahlungssensorelemente hinsichtlich der räumlichen Gleichmäßigkeit über den Strahlquerschnitt hinweg. Falls entsprechendes Reflexionslicht nicht in einem für die Messung ausreichenden Maß ohnehin vorhanden ist, kann vorgesehen sein, den dafür nutzbaren Reflexions lichtanteil durch gezieltes Anbringen einer reflexionserhöhenden Beschichtung auf wenigstens einem Teilbereich einer der im Strahlengang letzten Optikkomponenten zu verstärken.alternative or additionally to the above Scattered light measurement can be used to record the exposure intensity or exposure dose a reflection light measurement is provided for the useful exposure beam his. For this purpose, reflection radiation can be used, which is preferably one of the last optical components of the optical system, which on the output side delivers the useful exposure beam, is reflected and via the same optical components with radiation loss like the radiation forming the useful exposure beam. The scattered light sensor is positioned so that it is struck by the reflection radiation becomes. As explained in the above In the case of stray light, the measured reflection light intensity is a clear one Measure of the exposure intensity or exposure dose of the exposure useful beam, both in their time dependence as well as if there are several, spatially distributed ones Radiation sensor elements with regard to the spatial uniformity over the beam cross section time. If the corresponding reflection light is not in one for the measurement sufficient measure anyway is present, it can be provided that the usable reflection light portion targeted application of a reflection-enhancing coating to at least to a partial area of one of the last optical components in the beam path strengthen.

Eine weitere Möglichkeit zur Gewinnung von Messstrahlung ohne Störung des Belichtungsnutzstrahls besteht darin, einen gewissen, geringfügigeren Teil der im austrittsseitigen Bereich des optischen Systems ankommenden Strahlung durch ein kleines Prisma oder eine andere lichtablenkende Hilfsoptik auszukoppeln und so die ankommende Strahlung in einen ausgekoppelten Messlichtstrahl und den Belichtungsnutzstrahl zu teilen, wobei der weit überwiegende Anteil der ankommenden Strahlung für den Belichtungsnutzstahl verbleibt. Das jeweilige Strahlungssensorelement wird in diesem Fall so positioniert, dass es vom Messlichtstrahl getroffen wird. Diese Variante mit Prisma oder einer anderen lichtauslenkenden Hilfsoptik kann alternativ oder zusätzlich zu den erwähnten Streulicht- und/oder Reflexionslichtvarianten eingesetzt werden und eignet sich besonders für Systeme, die genügend Bauraum für das Prisma bzw. die lichtauslenkende Hilfsoptik besitzen. Das jeweilige Strahlungssensorelement kann wiederum z.B. in eine Fassung integriert sein.A another possibility for obtaining measuring radiation without disturbing the useful exposure beam consists of a certain, minor part of that in the exit side Area of the optical system incoming radiation through a small prism or decouple another light-deflecting auxiliary optics and so the incoming radiation into a coupled measuring light beam and to split the useful exposure beam, the vast majority Proportion of incoming radiation for the exposure useful steel remains. The respective radiation sensor element is in this Case positioned so that it is struck by the measuring light beam. This variant with a prism or other light-deflecting auxiliary optics can alternatively or additionally to the mentioned Scattered light and / or reflected light variants are used and is particularly suitable for Systems that are sufficient Space for have the prism or the light deflecting auxiliary optics. The respective In turn, radiation sensor element can e.g. integrated in a socket his.

2 zeigt schematisch den hier interessierenden Teil einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsvorrichtung, bei der ein diffraktives Strahlteilungsmittel in Form einer diffraktiven Linse 11 in ein Projektionsobjektiv 12 integriert ist, um ankommende Strahlung 13 in einen Belichtungsnutzstrahl 14 und einen Messlichtstrahl 15, der in 2 gestrichelt repräsentiert ist, zu teilen. Speziell befindet sich die diffraktive Linse 11 in diesem Beispiel einer Pupillenebene des Projektionsobjektivs 12, alternativ in einem geringen axialen Abstand von der Pupillenebene. Bevorzugt ist die diffraktive Linse 11 auf einer Oberfläche einer Linsenkomponente 16 des Projektionsobjektivs 12 ausgebildet. Das Grundelement der diffraktiven Linse 11 ist ein periodisches Gitter mit vorgeb barer Gitterperiode, die abgestimmt auf den Pupillendurchmesser und die numerische Apertur des Projektionsobjektivs 12 sowie auf die verwendete Strahlungswellenlänge und die Feldabmessung in der Abrasterungsrichtung des Scanners so gewählt ist, dass zwei Beugungsordnungen im Abstand von etwa einer Feldbreite erzeugt werden. Der Messlichtstrahl 15 stellt folglich eine erste Beugungsordnung dieser Beugungsgitterstruktur dar. Für typische Scanner mit einer numerischen Apertur von z.B. etwa 0,8, einer Scannerfeldbreite von etwa 10mm und einem Pupillendurchmesser von etwa 200mm ergeben sich daraus Gitterperioden in der Größenordnung von etwa dem Zwanzigfachen der Wellenlänge, bei typischen verwendeten UV-Wellenlängen somit Gitterperioden von etwa 4μm bis 5μm. 2 shows schematically the part of interest here of a microlithographic projection exposure device in which a diffractive beam splitting means in the form of a diffractive lens 11 into a projection lens 12 is integrated to incoming radiation 13 into an exposure payload 14 and a measuring light beam 15 who in 2 is represented by dashed lines to share. The diffractive lens is specifically located 11 in this example a pupil plane of the projection lens 12 , alternatively at a small axial distance from the pupil plane. The diffractive lens is preferred 11 on a surface of a lens component 16 of the projection lens 12 educated. The basic element of the diffractive lens 11 is a periodic grating with predeterminable grating period, which is matched to the pupil diameter and the numerical aperture of the projection lens 12 and the radiation wavelength used and the field dimension in the scanning direction of the scanner is selected such that two diffraction orders are generated at a distance of approximately one field width. The measuring light beam 15 consequently represents a first diffraction order of this diffraction grating structure. For typical scanners with a numerical aperture of, for example, approximately 0.8, a scanner field width of approximately 10 mm and a pupil diameter of approximately 200 mm, this results in grating periods in the order of approximately twenty times the wavelength, with typical ones UV wavelengths used thus lattice periods of about 4 microns to 5 microns.

Mit dieser Dimensionierung ist gewährleistet, dass der durch die diffraktive Linse 11 ausgekoppelte Messlichtstrahl 15 über die gleichen weiteren Optikkomponenten des Projektionsobjektivs 12 läuft wie der Belichtungsnutzstrahl 14 und noch innerhalb einer Austrittsöffnung 17 liegt, die z.B. von einer im Strahlengang letzten Fassung des Projektionsobjektivs 12 definiert wird. Der Messlichtstrahl 15 trifft dann auf ein entsprechend platziertes Strahlungssensorelement 18, das in seiner Art und Anbringung als integraler Teil des Projektionsobjektivs 12 dem oben erläuterten Strahlungssensorelement 7a von 1 entsprechen kann.This dimensioning ensures that the diffractive lens 11 coupled measuring light beam 15 about the same other optics components of the projection lens 12 runs like the useful exposure beam 14 and still inside an exit opening 17 lies, for example, from a last version of the projection lens in the beam path 12 is defined. The measuring light beam 15 then strikes a correspondingly placed radiation sensor element 18 , which in its nature and attachment as an integral part of the projection lens 12 the radiation sensor element explained above 7a of 1 can correspond.

Der Beugungsgitterstruktur der diffraktiven Linse 11 ist zweckmäßigerweise eine fokussierende Zonenplatten-Überstruktur herkömmlicher Art überlagert, die dafür sorgt, dass der Messlichtstrahl 15 auf das Strahlungssensorelement 18 fokussiert wird, das sich an der Austrittsseite des Projektionsobjektivs 12 und damit vor einer Waferebene 19 befindet, auf die das Projektionsobjektiv 12 den Belichtungsnutzstrahl 14 fokussiert, um eine Maskenstruktur eines Retikels 20 auf einen zu belichtenden Wafer abzubilden. Zur Realisierung der Zonenplatten-Überstruktur kann z.B. die Amplitude der Beugungsgitterstruktur in den betreffenden Zonenplattenbereichen auf „null" oder „eins" gesetzt werden.The diffraction grating structure of the diffractive lens 11 is expediently superimposed on a focusing zone plate superstructure of a conventional type, which ensures that the measuring light beam 15 on the radiation sensor element 18 is focused on the exit side of the projection lens 12 and thus in front of a wafer level 19 on which the projection lens 12 the useful exposure beam 14 focused around a mask structure of a reticle 20 to be imaged on a wafer to be exposed. To implement the zone plate superstructure, for example, the amplitude of the diffraction grating structure in the zone plate areas concerned can be set to “zero” or “one”.

Für die Erzeugung des Messlichtstrahls 15 braucht sich die diffraktive Linse 11 nicht unbedingt über die gesamte Querschnittsfläche des Projektionsobjektivs 12 erstrecken, es genügt vielmehr die Ausbildung der diffraktiven Linsenstruktur 11 in einem Teilflächenbereich. Des weiteren kann die Herstellung der diffraktiven Linse 11 dadurch vereinfacht werden, dass sie durch Aneinanderfügen mehrerer Teile gebildet wird, was ohne funktionelle Beeinträchtigung möglich ist, da eine kohärente Überlagerung der Strahlung aus den verschiedenen diffraktiven Strukturteilen für die gewünschte Messlichtstrahlauskopplung nicht nötig ist. Im allgemeinen werden für die Lichttransmissionsmessung, d.h. für die Erfassung der Belichtungsintensität oder Belichtungsdosis des Belichtungsnutzstrahls 14 anhand des Messlichtstrahls 15 für letzteren nur Bruchteile eines Prozents der von der Retikelebene 20 ankommenden Strahlung 13 benötigt. In diesem Fall ist eine Profilhöhe der diffraktiven Linse 11 von wenigen Nanometern vorteilhaft, wobei die Tatsache berücksichtigt wird, dass der Beugungswirkungsgrad flacher Beugungsgitter quadratisch mit der Beugungsgitteramplitude skaliert, solange letztere klein gegen die Wellenlänge ist.For the generation of the measuring light beam 15 needs the diffractive lens 11 not necessarily over the entire cross-sectional area of the projection lens 12 extend, rather the formation of the diffractive lens structure is sufficient 11 in a partial area. Furthermore, the manufacture of the diffractive lens 11 can be simplified in that it is formed by joining together several parts, which is possible without functional impairment, since a coherent superimposition of the radiation from the different diffractive structural parts is not necessary for the desired measurement light beam decoupling. In general, for the light transmission measurement, ie for the detection of the exposure intensity or exposure dose of the useful exposure beam 14 based on the measuring light beam 15 for the latter only a fraction of a percent of that from the reticle level 20 incoming radiation 13 needed. In this case there is a profile height of the diffractive lens 11 of a few nanometers is advantageous, taking into account the fact that the diffraction efficiency of flat diffraction gratings scales quadratically with the diffraction grating amplitude as long as the latter is small compared to the wavelength.

Da die Messlichtstrahlung 15 gleichzeitig mit der Strahlung des Belichtungsnutzstrahls 14 alle Optikkomponenten des Scanners von der Lichtquelle über das nicht gezeigte Beleuchtungssystem vor der Retikelebene 20 bis zur Austrittsseite des Projektionsobjektivs 12 in gleicher Weise durchläuft, ist die Messung der Intensität bzw. Leistungsdichte des Messlichtstrahls 15 ein eindeutiges, repräsentatives Maß für die Intensität bzw. Leistungsdichte und damit die Belichtungsdosis des Belichtungsnutzstrahls 14. Insbesondere liegen etwaige zeitliche Schwankungen der Leistungsdichte des Belichtungsnutzstrahls 14 durch den „rapid damage"-Effekt in gleicher Weise im Messstrahl 15 vor und werden folg lich mit dem Strahlungssensorelement 18 detektiert. An das Strahlungssensorelement 18 kann in gleicher Weise wie oben zu 1 beschrieben ein Belichtungsregelkreis angekoppelt sein, der diese und etwaige andere Abweichungen von einem vorgegebenen Sollwert der Belichtungsintensität bzw. Belichtungsdosis durch gegensteuernde Lichtquellenansteuerung ausregelt.Because the measuring light radiation 15 simultaneously with the radiation of the useful exposure beam 14 all optical components of the scanner from the light source via the lighting system, not shown, in front of the reticle level 20 to the exit side of the projection lens 12 The measurement of the intensity or power density of the measuring light beam is carried out in the same way 15 a clear, representative measure of the intensity or power density and thus the exposure dose of the useful exposure beam 14 , In particular, there are any temporal fluctuations in the power density of the useful exposure beam 14 due to the "rapid damage" effect in the same way in the measuring beam 15 before and are consequently with the radiation sensor element 18 detected. To the radiation sensor element 18 can be done in the same way as above 1 Described an exposure control loop can be coupled, which regulates this and any other deviations from a predetermined target value of the exposure intensity or exposure dose by counteracting light source control.

Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele machen deutlich, dass die Erfindung eine sehr zuverlässige Erfassung der tatsächlichen Belichtungsintensität bzw. Belichtungsdosis eines Belichtungsnutzstrahls bereitstellt. Im Anwendungsfall lithographischer Projektionsbelichtungsanlagen werden insbesondere auch zeitliche Belichtungsintensitätsänderungen erkannt, die auf zeitlichen Transmissionsgradschwankungen optischer Komponenten nicht nur im Beleuchtungssystem, sondern auch im Projektionsobjektiv beruhen. Erfindungsgemäß wird dafür gesorgt, dass der zur Messung genutzte Strahlungsanteil im wesentlichen über dieselben optischen Komponenten geführt wird und damit die gleichen Strahlungsverluste erleidet wie die den Belichtungsnutzstrahl bildende Strahlung, so dass die Auswertung der Messungstrahlung einen wirklichkeitsgetreuen Wert für die tatsächliche Belichtungsintensität bzw. Belichtungsdosis des Belichtungsnutzstrahls darstellt. Durch Verwenden mehrerer, lateral versetzter Strahlungssensorelemente lassen sich bei Bedarf auch räumliche Inhomogenitäten über den Strahlquerschnitt des Belichtungsnutzstrahls hinweg erfassen. In jedem Fall ermöglicht die Erfindung vorteilhafterweise die Erfassung der Belichtungsintensität bzw. Belichtungsdosis in Echtzeit während eines jeweiligen Belichtungsvorgangs und ohne Störung der Belichtungsfunktion des Belichtungsnutzstrahls. Je nach Anwendungsfall wird für den Messvorgang Streu- und/oder Reflexionsstrahlung verwendet und/oder Messstrahlung aus ankommender Strahlung ausgekoppelt.The Embodiments described above make it clear that the invention is a very reliable detection the actual exposure intensity or exposure dose of a useful exposure beam. In the application of lithographic projection exposure systems in particular also changes in exposure intensity over time recognized that optical on temporal transmittance fluctuations Components not only in the lighting system, but also in the projection lens based. According to the invention, that the radiation component used for the measurement is essentially the same led optical components and suffers the same radiation losses as that radiation forming the useful exposure beam, so that the evaluation the measurement radiation a realistic value for the actual Exposure intensity or Represents exposure dose of the exposure useful beam. By using several, laterally offset radiation sensor elements can be if necessary also spatial Inhomogeneities across the Capture the beam cross-section of the useful exposure beam. In enabled in every case the invention advantageously the detection of the exposure intensity or exposure dose in real time during a respective exposure process and without disturbing the exposure function of the useful exposure beam. Depending on the application, and / or reflection radiation is used and / or measuring radiation incoming radiation decoupled.

Die Erfindung ist insbesondere für Stepper und Scanner verwendbar, die bei Wellenlängen im UV-Bereich unterhalb von 200mm bis hin zum EUV-Bereich arbeiten. Es versteht sich, dass die Erfindung darüber hinaus für beliebige andere Arten von Belichtungsvorrichtungen, z.B. in der fotografischen Belichtungstechnik, verwendet werden kann, um die tatsächliche Belichtungsintensität oder Belichtungsdosis eines Belichtungsnutzstrahls mit relativ geringem Aufwand möglichst genau zu erfassen.The Invention is particularly for Steppers and scanners can be used at wavelengths in the UV range below work from 200mm to the EUV range. It goes without saying that the invention about it out for any other type of exposure device, e.g. in the photographic exposure technique, can be used to make the actual exposure intensity or exposure dose of a useful exposure beam with relatively low Effort possible to grasp exactly.

Claims (11)

Belichtungsvorrichtung, insbesondere mikrolithographische Projektionsbelichtungsvorrichtung, mit – einem optischen System (12) mit mehreren im Strahlengang hintereinander geschalteten Optikkomponenten, von denen wenigstens ein Teil strahlungsverlustbehaftet ist, zur Bereitstellung eines Belichtungsnutzstrahls (14) und – einer Dosissensorik zur Erfassung einer Belichtungsdosis-Kenngröße des Belichtungsnutzstrahls, die einen Strahlungssensor (18) beinhaltet, dadurch gekennzeichnet, dass – der Strahlungssensor (18) außerhalb des Belichtungsnutzstrahls (14) im Ausbreitungsbereich von Messstrahlung (15) angeordnet ist, die gleichzeitig mit der den Belichtungsnutzstrahl (14) bildenden Strahlung über die gleichen strahlungsverlustbehafteten Optikkomponenten (12) des optischen Systems geführt ist.Exposure device, in particular microlithographic projection exposure device, with an optical system ( 12 ) with a plurality of optical components connected in series in the beam path, at least some of which are subject to radiation loss, for providing a useful exposure beam ( 14 ) and - a dose sensor system for recording an exposure dose parameter of the useful exposure beam, which has a radiation sensor ( 18 ), characterized in that - the radiation sensor ( 18 ) outside the useful exposure beam ( 14 ) in the range of measurement radiation ( 15 ) which is arranged at the same time as the exposure useful beam ( 14 ) forming radiation via the same radiation loss optical components ( 12 ) of the optical system. Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlungssensor (7a) in einem Streu- oder Reflexionsstrahlungsausbreitungsbereich (5a) neben dem Belichtungsnutzstrahl im Strahlengang auf Höhe oder hinter einer letzten strahlungsverlustbehafteten Optikkomponente des optischen Systems angeordnet ist.Exposure device according to claim 1, further characterized in that the radiation sensor ( 7a ) in a scattered or reflected radiation propagation area ( 5a ) is arranged next to the useful exposure beam in the beam path at the level or behind a last optical component of the optical system which is subject to radiation loss. Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, weiter gekennzeichnet durch Mittel (11) zur Teilung von Strahlung im Strahlengang zwischen einer Strahlungsquelle und einer letzten strahlungsverlustbehafteten Optikkomponente des optischen Systems in wenigstens den Belichtungsnutzstrahl (14) und einen Messlichtstrahl (15) und zur Führung des Messlichtstrahls über alle nachfolgenden strahlungsverlustbehafteten Optikkomponenten des optischen Systems, über die auch der Belichtungsnutzstrahl geführt wird, wobei der Strahlungssensor (18) im Ausbreitungsbereich des Messlichtstrahls nach der letzten strahlungsverlustbehafteten Optikkomponente des optischen Systems angeordnet ist.Exposure device according to claim 1 or 2, further characterized by means ( 11 for dividing radiation in the beam path between a radiation source and a last optical component of the optical system which is subject to radiation loss into at least the useful exposure beam ( 14 ) and a measuring light beam ( 15 ) and for guiding the measuring light beam over all subsequent optical components of the optical system which are subject to radiation loss and via which the useful exposure beam is also guided, the radiation sensor ( 18 ) is arranged in the propagation area of the measuring light beam after the last optical component of the optical system which is subject to radiation loss. Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 3, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsteilungsmittel ein in das optische System zwischen einer Strahlungsquelle und der letzten strahlungsverlustbehafteten Optikkomponente eingebrachtes, diffraktives Linsenelement (11) beinhalten.Exposure device according to claim 3, further characterized in that the radiation-dividing means comprises a diffractive lens element ( 11 ) include. Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, weiter dadurch gekennzeichnet, dass sie eine lithographische Projektionsbelichtungsvorrichtung mit einem Beleuchtungssystem und einem nachgeschalteten Projektionsobjektiv (12) ist und die Strahllungsteilungsmittel im Projektionsobjektiv angeordnet sind.Exposure device according to claim 3 or 4, further characterized in that it comprises a lithographic projection exposure device with an illumination system and a downstream projection lens ( 12 ) and the radiation splitting means are arranged in the projection objective. Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 5, weiter dadurch gekennzeichnet, dass das diffraktive Linsenelement (11) nahe oder auf Höhe einer Pupillenebene des Projektionsobjektivs angeordnet ist.Exposure device according to claim 5, further characterized in that the diffractive lens element ( 11 ) is arranged near or at the level of a pupil plane of the projection objective. Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, weiter dadurch gekennzeichnet, dass das diffraktive Linsenelement (11) an einer Oberfläche eines refraktiven Linsenelements (16) des Projektionsobjektivs angeordnet ist.Exposure device according to claim 5 or 6, further characterized in that the diffractive lens element ( 11 ) on a surface of a refractive lens element ( 16 ) of the projection lens is arranged. Belichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, weiter gekennzeichnet durch Mittel zum Auskoppeln eines Messlichtstrahls aus Strahlung nach einer im Strahlengang letzten strahlungsverlustbehafteten Optikkomponente des optischen Sys tems, wobei der nicht ausgekoppelte Teil der Strahlung den Belichtungsnutzstrahl bildet.Exposure device according to one of claims 1 to 7, further characterized by means for decoupling a measuring light beam radiation after the last radiation loss in the beam path Optical component of the optical system, the uncoupled Part of the radiation forms the useful exposure beam. Belichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, weiter dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlungssensor (7a, 18) in eine Fassung (4) einer der Optikkomponenten des optischen Systems integriert ist.Exposure device according to one of claims 1 to 8, further characterized in that the radiation sensor ( 7a . 18 ) in a version ( 4 ) one of the optical components of the optical system is integrated. Belichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, weiter dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlungssensor mehrere Strahlungssensorelemente (7a bis 7d) umfasst, die mit lateralem Abstand voneinander angeordnet sind.Exposure device according to one of claims 1 to 9, further characterized in that the radiation sensor a plurality of radiation sensor elements ( 7a to 7d ) which are arranged at a lateral distance from one another. Belichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, weiter gekennzeichnet durch Mittel (8) zur Regelung der Belichtungsenergie und/oder der Feldverteilung der Belichtungsdosis, wobei den Regelungsmitteln eine vom Strahlungssensor gelieferte Sensorinformation zugeführt wird.Exposure device according to one of claims 1 to 10, further characterized by means ( 8th ) for controlling the exposure energy and / or the field distribution of the exposure dose, the control means being supplied with sensor information supplied by the radiation sensor.
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