DE10323664B4 - Exposure device with dose sensors - Google Patents

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Abstract

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
– 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, vorgesehen sind und
– der Strahlungssensor (18) außerhalb des Belichtungsnutzstrahls (14) nach der letzten strahlungsverlustbehafteten Optikkompo nente des optischen Systems im Ausbreitungsbereich des Messlichtstrahls (15) angeordnet ist, der gleichzeitig mit der den Belichtungsnutzstrahl (14) bildenden Strahlung über die gleichen strahlungsverlustbehafteten Optikkomponenten (12) des optischen Systems geführt wird.Exposure device, in particular a microlithographic projection exposure device, with
- An optical system (12) having a plurality of optical components connected in series in the beam path, of which at least one part is loss of radiation, for providing an exposure useful beam (14) and
A dose sensor for detecting an exposure dose characteristic of the exposure useful beam which includes a radiation sensor (18),
characterized in that
- means (11) for splitting radiation in the beam path between a radiation source and a last radiation loss-prone optical component of the optical system in at least the exposure useful beam (14) and a measuring light beam (15) and for guiding the measuring light beam over all subsequent radiation loss-prone optical components of the optical system which also the exposure useful beam is guided, are provided and
- The radiation sensor (18) outside of the exposure useful beam (14) after the last radiation loss-prone Optikkompo component of the optical system in the propagation region of the measuring light beam (15) is arranged at the same time with the exposure useful beam (14) forming the radiation over the same radiation-loss-prone optical components (12). of the optical system.

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Figure 00000001

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 The invention relates to an exposure apparatus comprising optical system with several optical components connected in series, of which at least a part is subject to radiation loss, to Provision of an exposure beam and a dose sensor for detecting an exposure dose characteristic of the exposure useful beam includes, which includes a radiation sensor. An important application The invention relates to microlithographic projection exposure apparatuses for semiconductor wafer structuring. Under a radiation sensor In the present case, a sensor is understood to mean a 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 in particular common as so-called stepper and scanner systems, with their help, applied to a semiconductor wafer resist layer illuminated with a mask structure introduced into a reticle plane becomes. The exposure dose that the resist material uses through the exposure learns influences the behavior of the resist material during the subsequent resist development. For this reason, exposure dose fluctuations should be as possible be kept low when very fine structures with high resolution in the resist should be achieved. On the other hand, in such projection exposure apparatuses as light sources for the desired Exposure radiation, often UV radiation with the tendency to ever shorter wavelength into the EUV area, usually Laser used, whose emission power can vary significantly.

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 in the illumination system of such projection exposure devices, which is connected upstream of the reticle, sensor means and an associated control circuit to detect fluctuations of the light source power and to compensate by appropriate control of the laser light source. The sensor means typically include a semi-transparent mirror in the beam path of the illumination system for coupling a measuring light beam, which is directed to a radiation sensor, see for example the patent US 6,256,087 B1 and the publication 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 radiation intensity changes, in subsequent components of the microlithographic projection exposure apparatus occur, i. especially in the projection lens, not recorded and can be corrected. It turns out that especially among today more interested 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 vary noticeably in the projection lens. This will be for example through organic contamination together with cleaning effects Caused UV radiation. In particular, a so-called "rapid damage "effect observed which is a reversible transmittance change optical components in the range up to several percent on a time scale of a few minutes. Although generally considered, this Correct effect by making the system unique to each system temporal behavior of the transmittance at the wafer level in advance is measured and the results obtained are saved be in the ensuing 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 little 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 on a wafer through a corresponding exposure useful beam incident radiation intensity and thus exposure dose as possible to be able to grasp exactly is proposed in the publication US 2002/0060296 A1, an acoustic sensor as possible wafernah, i. in a rear, near-wafer part of the projection lens a microlithographic projection exposure system. This arrangement allows although a near-wafer detection of the intensity or dose of the exposure radiation while the exposure mode, but it is associated with a relatively large implementation effort and only records the exposure intensity or exposure dose indirectly. Specially needed the arrangement an acoustic sensor element, such as a microphone, a barograph or a vibration sensor that is so build and to arrange is that there are sound waves pulsed from the passage Exposure radiation, or vibrations or sound waves detected by an object such as an exposed wafer which the exposure radiation is incident on. In the former case is additionally 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 patent application EP 1 017 086 A1 In order to take account of transmittance fluctuations, it is also proposed to arrange an exposure radiation sensor system on a wafer table next to a wafer holding area in addition to an integral illumination radiation sensor system in the illumination system. Both sensor units are part of an exposure control loop. By Late In the case of a displacement of the wafer stage, the radiation sensor system arranged there can optionally be brought into the exposure useful beam emerging from the projection objective during exposure processes, and during exposure operations, a wafer to be exposed can be brought into the process. The readings obtained during such measurements are stored for use in the control of subsequent exposure operations. A detection of the intensity or dose of the incident radiation beam incident on a wafer taking into account temporally fluctuating radiation losses in the projection lens 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 .Uniformity of exposure, the so-called "uniformity", is of particular importance in the case of scanner systems. Various devices for the correction of uniformity are already known, see, for example, the published patent applications EP 0 633 506 A1 and EP 1 154 330 A2 ,

In der Patentschrift US 6.063.530 ist eine lithographische Projektionsbelichtungsvorrichtung mit einer Dosissensorik beschrieben, mit der die auf eine Photoresistschicht einfallende Strahlungsintensität und die von der Photoresistschicht reflektierte Strahlungsintensität erfasst werden sollen, um daraus auf die von der Photoresistschicht absorbierte Strahlungsmenge zu schließen. Die Belichtungssensorik ist vorzugsweise nahe einer Aperturebene eines Projektionsobjektivs angeordnet und beinhaltet in einem Ausführungsbeispiel einen innerhalb des Projektionsobjektivs angeordneten, halbdurchlässigen Spiegel und zwei auf entgegengesetzten Seiten neben dem Projektionsobjektiv angeordnete Strahlungssensoren. Der Spiegel lenkt einen Teil der von einem Beleuchtungssystem kommenden Strahlung zum einen Sensor und einen Teil der von der Photoresistschicht reflektierten Strahlung zum anderen Sensor.In the patent US 6,063,530 A lithographic projection exposure apparatus with a dose sensor is described with which the radiation intensity incident on a photoresist layer and the radiation intensity reflected by the photoresist layer are to be detected in order to deduce therefrom the amount of radiation absorbed by the photoresist layer. The exposure sensor is preferably arranged close to an aperture plane of a projection lens and in one embodiment includes a semitransparent mirror disposed within the projection lens and two radiation sensors disposed on opposite sides adjacent to the projection lens. The mirror directs a portion of the radiation coming from an illumination system to a sensor and a portion of the radiation reflected from the photoresist layer to the other sensor.

Aus der Patentschrift US 6.376.139 B1 ist ein Belichtungssteuerverfahren bekannt, bei dem in einem Randbereich einer Maske außerhalb einer abzubildenden Bauelementstruktur unter anderem eine Belichtungsmengen-Überwachungsmarke mit einem z.B. linienförmigen Muster vorgesehen ist, das zusätzlich zur eigentlich genutzten Bauelementstruktur auf eine Resistschicht eines Wafers abgebildet wird. Das Photoresistbild des Belichtungsmengen-Überwachungsmusters wird dann ausgewertet und zur Belichtungssteuerung herangezogen.From the patent US 6,376,139 B1 For example, an exposure control method is known in which, in an edge area of a mask outside a component structure to be imaged, an exposure quantity monitoring mark with an eg linear pattern is provided, which is imaged onto a resist layer of a wafer in addition to the actually used component structure. The photoresist image of the exposure amount monitoring pattern is then evaluated and used for exposure control.

In der Offenlegungsschrift US 2002/0109103 A1 ist eine lithographische Projektionsbelichtungsvorrichtung mit einer Belichtungssensorik beschrieben, mit der die Belichtungsstrahlung indirekt über Lumineszenzeffekte erfasst wird. Dazu beinhaltet die Belichtungssensorik einen oder mehrere Lumineszenzstrahlungssensorelemente, das bzw. die vor zugsweise benachbart zu einer im Strahlengang letzten optischen Komponente des Projektionsobjektivs angeordnet sind, z.B. seitlich von dieser oder zwischen dieser optischen Komponente und einer Waferebene seitlich neben einem Wafer. Das oder die Detektorelemente erfassen Lumineszenzstreustrahlung, die in dieser im Strahlengang letzten optischen Komponente erzeugt wird, und aus dieser gemessenen Lumineszenzstreustrahlung wird auf die Belichtungsdosis für den Wafer geschlossen.In Laid-open US 2002/0109103 A1 is a lithographic Projection exposure apparatus with an exposure sensor described, with the exposure radiation indirectly via Lumineszenzeffekte is detected. This includes the exposure sensor one or a plurality of luminescence radiation sensor elements, the or before preferably adjacent to a last optical component in the beam path of the projection lens, e.g. laterally from this or between this optical component and a wafer plane laterally next to a wafer. The detector element (s) detect luminescence scattering radiation, which generated in this in the beam path last optical component becomes, and from this measured luminescence scattering radiation is on the exposure dose for closed the wafer.

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.Of the Invention is the technical problem of providing a Exposure device of the type mentioned, the can be implemented with relatively little effort and reliable detection the actual exposure intensity or exposure dose of the exposure useful beam and thus also a 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 is the radiation sensor outside the exposure useful beam in the propagation range of measuring radiation arranged simultaneously with the exposure useful beam forming Radiation over the same radiation-loss optical components 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 Belichtungsnutz strahls 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.These Ensures property that variations in the exposure intensity or exposure dose of the Exposure Nutzstrahls occur in the same way in the measuring radiation and thus can be detected by the radiation sensor, in particular as far as they are on a temporally fluctuating transmittance one or more transmissive optical components or one time-varying reflectance of one or more reflective Go back optical components. Because the radiation sensor outside the exposure useful beam is arranged, he disturbs its exposure function not, so that the detection of the desired exposure dose characteristic of the exposure useful beam, like its intensity or power density or exposure dose, in real time and in situ while an exposure process possible is. The measurement signal of the radiation sensor can then be adjusted as required, e.g. for one Control loop can be used, with a desired exposure intensity or exposure dose is adjusted.

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 the application for microlithographic projection exposure apparatuses, this means that the measurement radiation also transposes all radiation-loss-prone optical components of the projection lens at the exit side of which the exposure useful beam for wafer exposure is provided has happened mediating or reflective. Therefore, changes in the transmission or reflectance, for example, of lenses of the projection lens as well as on the exposure useful beam also affect the measuring radiation, and fluctuations in the intensity of the exposure useful beam caused thereby can be detected without disturbance thereof by detecting the measuring radiation during an exposure operation.

Des Weiteren erfasst die Belichtungsvorrichtung 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 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.Of Furthermore, the exposure device detects means for dividing the Radiation before a last radiation-loss-prone optical component of the optical system in at least the exposure useful beam and a measuring light beam and for guiding the the latter over all subsequent radiation loss-prone optical components provided by the optical system, via which also the exposure useful beam guided becomes. The radiation sensor is in the propagation area of the partitioned Measuring light beam in the beam path after the last loss of radiation Optics component arranged. Any variations in the intensity of the illumination useful beam thus occur in the same way in the split measuring light beam on and can be detected by the associated radiation sensor.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Strahlungssensor zur Erfassung von Streu- oder Reflexionsstrahlung im Ausbreitungsbereich solcher Strahlung neben dem Belichtungsnutzstrahl im Strahlengang 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 exposure useful beam in the beam path behind a last radiation-loss-prone optical component of the optical system. The scattered or reflected radiation at the same time has the same radiation-loss-related optical components Transmitting or reflecting happens as the exposure Nutzstrahl forming radiation. Any variations in the intensity of the illumination useful beam are thus equally in this scattered or reflected radiation available and can while an exposure process without interruption of the same detected become. The placement of such a scattered or reflected radiation sensor is e.g. in the exit-side part of a projection lens a Microlithographic projection exposure system in the edge area a passage opening possible, the is not completely filled by the exposure beam.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung 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 embodiment of the invention include the dividing means advantageously in the optical system at any, suitable location in the beam path before the last loss of radiation Optics component introduced diffractive lens element. In the case of application a lithographic projection exposure system with illumination system and the downstream projection lens is the diffractive lens element preferably arranged in the projection lens, e.g. near or on Height of one Pupil plane of the same. In a further embodiment that is diffractive lens element on a surface of a refractive lens of the Projection lens arranged, whether as a separate component or as 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 from a last loss of radiation Optics component of the optical system can be means for decoupling a measuring light beam from the radiation behind the last radiation loss-prone Optics component may be provided, wherein the non-decoupled part the exposure radiation forms the exposure useful beam. such Uncoupling can e.g. again involve a diffractive element. Because behind the last radiation-loss-related optical component and thus on the exit side of the optical system often a little more space for Available, are suitable in this case as a decoupling agent if necessary also somewhat voluminous, coupling-out 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, the Radiation sensor in a socket of one of the optical components of 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 Development of the invention, the radiation sensor includes several, arranged laterally apart from each other outside the exposure useful beam Radiation sensor elements. This additionally allows a correspondingly spatially resolved detection the intensity the exposure useful beam. In particular, with this measure, the spatial homogeneity the intensity the exposure Nutzstrahls over its beam cross section are 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 Development of the invention comprises the exposure device advantageous a control unit for the exposure dose and / or a uniformity control unit the exposure, i. the field distribution of the exposure dose, the control unit 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 is illustrated in the drawings and will be described below described. Hereby 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 a schematic, perspective side view of the projection part of a microlithographic projection exposure system with diffractive light extraction and integrated Meßlichtsensor.

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 200 nm, d.h. im tiefen UV-Bereich bis hin zum EUV-Bereich.The schematic cross-sectional view of 1 refers specifically to a so-called scanner, which is imaged by a scanned guided exposure useful ray introduced into a reticle plane mask pattern on a semiconductor wafer. For this purpose, the wafer is positioned in an image plane of a projection lens while the mask is located in an object plane thereof. In front of the reticle plane is, as usual, an illumination system with a suitable radiation source, for example a laser light source in the UV wavelength range below 200 nm, 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 of 1 the exposure intensity or exposure dose of the scanner exposure useful beam in the beam path shortly before the wafer plane at the exit end of the projection lens is measured, in order to control the power of the laser light source or the pulse number of a pulsed laser during an exposure process via a closed-loop control loop Adjust, ie adjust the exposure intensity or exposure dose to a predetermined target value. To understand this measure according to the invention, the schematic cross-sectional view of 1 by the exit-side part of the projection lens, while the scanner is incidentally of any conventional construction, which consequently need not be further explained 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 schematically illustrated, the last near-field surfaces, ie those facing the wafer plane, in the beam path last surfaces of the projection lens, which is usually rotationally symmetric surfaces, not fully utilized in such a scanner systems, ie it is not the entire passage area of the scanning guided exposure Nutzstrahl taken. Specially is in 1 a typically rectangular scanner field 1 indicated on Waferebe ne, at the level of a circular boundary surface 4 of the exit-side part of the projection lens, which may be defined, for example, by a socket of an exit-side optical component, a slightly larger, rectangular exposure radiation field 2 equivalent. More specifically, this exposure radiation field corresponds 2 the scanner field 1 , which represents the image size of the scanner, plus the superposition of the to the pixels of the scanner field 1 associated light cone of the exposure useful beam at a given working distance of the boundary surface 4 to the wafer plane of eg 12mm, where the cone diameter is 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 These are ratios of geometry through four snapshots of exposure useful beam positions 3a to 3d illustrates, in which the exposure beam with its center in each case straight in a corner of the scanner field 1 located. Between the rectangular exposure radiation field 2 and the boundary 4 Consequently, an edge zone, which is not acted on by the exposure utilization beam, consists of four zone regions which are segmented in cross section 5a to 5d at a 90 ° angle 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 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 edge zone areas 5a to 5d occurs stray light, which comes from the same radiation as the projection lens leaving exposure useful beam and thus the same radiation losses or intensity fluctuations as the exposure useful beam, as it causes not only from the radiation source itself, but also from the radiation loss-prone optical components of the illumination system and the projection lens become. In particular, in the case of transmittance or reflectance changes of optical components of the illumination system and the projection lens, due to the "rapid damage" effect, the same intensity fluctuations as in the exposure useful beam are also present in this scattered radiation in the beam behind the last radiation-loss-affected optical component of the projection objective In general, the scattered light originates from scattering effects on the rear, light-scattering optical components of the projection lens in the optical path of the illumination system and of the projection lens.

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 widerspiegelt, 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 of 1 This fact is that the stray light in the peripheral areas 5a to 5d the time behavior of the exposure intensity of the exposure useful beam even with temporal variations in the transmission or reflectance of optical components in the illumination system and in the projection lens, used for a realistic detection of the actual exposure intensity or exposure dose of the exposure Nutzstrahls in real time during each exposure process, which then if necessary for Adjustment of a predetermined setpoint allows the exposure intensity or exposure dose to be used. For this purpose, the scanner of 1 a radiation sensor with a radiation sensor element 7a on that in one of the edge Zone areas, eg the edge zone area 5a , is positioned. Preferably, this is by suitable mechanical fastening means 6 fixed to the projection lens, for example, at the version shown the exit-side Objektivberandung defining 4 , The radiation sensor element 7a can be integrated in this way space-saving and without major modification and implementation effort in the exit-side part of the projection lens. An exposure control unit 8th is a measurement output signal 9 the radiation sensor element 7a fed as feedback variable. From this determines the exposure control unit 8th taking into account a predetermined exposure dose setpoint on the output side, a control signal 10 with which the power of the laser light source is controlled in a conventional, not shown in detail. This happens, for example, by appropriately adjusting the laser power or the pulse number of a pulsed laser.

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, therefore, allows the arrangement of 1 during a respective wafer exposure process in real time and in-situ a reliable, true-to-life detection of the exposure intensity and thus exposure dose of the exposure utilization beam for a wafer to be exposed by means of the scattered light sensor 7a at the exit of the projection lens without disturbing the exposure useful beam. It also detects transmittance variations of components in the lighting system and in the projection lens, which can occur due to the reversible "rapid damage" effect on a time scale of a few minutes, and can be compensated accordingly 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 5b, 5c, 5d 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.Optionally, the radiation sensor for the scanner of 1 at least one further radiation sensor element in the manner of the radiation sensor element 7a in the same edge zone area 5a and / or in one or more of the other edge zone areas 5b . 5c . 5d include. Exemplary is in 1 ever another optional radiation sensor element 7b . 7c . 7d in the three other border zones 5b . 5c . 5d placed. In this case, therefore, four radiation sensor elements 7a to 7d with approximately the same angular distance of about 90 ° to 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 exposure useful beam. Any local inhomogeneities of the radiation intensity across the beam cross-section are consequently expressed in correspondingly different scattered light intensities in the associated edge zone region 5a to 5d and can from the correspondingly different measuring signals of the plurality of laterally spaced apart radiation sensor elements 7a to 7d are determined. This makes it possible to control the lateral uniformity of the exposure intensity or exposure dose of the exposure useful beam across 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.Specifically, this radiation sensor may be used in an exposure apparatus which further includes a director unit for controlling the so-called uniformity, ie, the uniformity of the field distribution of the exposure dose, during a wafer exposure operation. Depending on the application, in this case, the exposure control unit shown 8th be designed to control both the exposure dose, ie the exposure energy, as well as the uniformity or even only to control the uniformity, or it can be provided on the one hand a Regiereinheit for controlling the exposure energy on the one hand and the uniformity.

Alternativ oder zusätzlich zur oben erläuterten Streulichtmessung kann zur Erfassung der Belichtungsintensität bzw. Belichtungsdosis des Belichtungsnutzstrahls eine Reflexionslichtmessung vorgesehen sein. Dazu kann Reflexionsstrahlung 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 explained Scattered light measurement can be used to record the exposure intensity or exposure dose the exposure Nutzstrahls provided a reflection light measurement be. For this reflection radiation can be used, preferably from one of the last optical components of the optical system, which output side provides the exposure beam, is reflected and over the same radiation-loss optics components has gone as the radiation forming the exposure useful beam. The scattered light sensor is positioned so that it is hit by the reflection radiation becomes. As explained above Stray light case, the measured reflection light intensity is a clear one Measure of the exposure intensity or exposure dose the exposure useful beam, both in their time dependence as well as possibly in the presence of several, spatially distributed Radiation sensor elements in terms of spatial uniformity across the beam cross-section time. If corresponding reflection light is not in one for the measurement sufficient degree anyway is present, can be provided, the usable reflection light component by targeted attachment of a reflection-enhancing coating on at least a subregion 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.Another possibility for obtaining measurement radiation without disturbing the exposure useful beam is to couple out a certain, minor part of the radiation arriving in the exit-side area of the optical system through a small prism or other light-deflecting auxiliary optics and thus the incoming radiation into a decoupled measuring light beam and the exposure useful beam share, with the vast majority of the 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. The The variant with a prism or another light-deflecting auxiliary optics can be used as an alternative or in addition to the aforementioned stray light and / or reflection light variants and is particularly suitable for systems which have sufficient installation space for the prism or the light-deflecting auxiliary optics. The respective radiation sensor element can in turn be integrated into a socket, for example.

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 schematically shows the interest here part of a microlithographic projection exposure apparatus, wherein a diffractive beam splitter in the form of a diffractive lens 11 in a projection lens 12 is integrated to incoming radiation 13 in an exposure useful beam 14 and a measuring light beam 15 who in 2 is represented by dashed lines to share. Specifically, the diffractive lens is 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 vorbar barer grating period, which is matched to the pupil diameter and the numerical aperture of the projection lens 12 as well as the radiation wavelength used and the field dimension in the scanning direction of the scanner is selected so that two diffraction orders are generated at a distance of about one field width. The measuring light beam 15 thus represents a first diffraction order of this diffraction grating structure. For typical scanners with a numerical aperture of, for example, about 0.8, a scanner field width of about 10 mm, and a pupil diameter of about 200 mm, this results in grating periods on the order of about twenty times the wavelength, at typical used UV wavelengths thus grating periods of about 4μm to 5μm.

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.With this sizing is ensured that the through the diffractive lens 11 decoupled measuring light beam 15 about the same other optical components of the projection lens 12 runs like the exposure beam 14 and still within an exit opening 17 lying, for example, of a last version of the projection lens in the beam path 12 is defined. The measuring light beam 15 then hits a correspondingly placed radiation sensor element 18 , which in its nature and attachment as an integral part of the projection lens 12 to the above-described radiation sensor element 7a from 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 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 located on the the projection lens 12 the exposure useful beam 14 focused to a mask structure of a reticle 20 to image on a wafer to be exposed. To realize the zone plate superstructure, for example, the amplitude of the diffraction grating structure in the respective zone plate regions may 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 measurement light beam 15 the diffractive lens needs itself 11 not necessarily over the entire cross-sectional area of the projection lens 12 Rather, it is sufficient to form the diffractive lens structure 11 in a partial area. Furthermore, the production of the diffractive lens 11 be simplified in that it is formed by joining several parts, which is possible without functional impairment, since a coherent superposition of the radiation from the various diffractive structural parts for the desired measuring light beam decoupling is not necessary. In general, for the light transmission measurement, that is, for the detection of the exposure intensity or exposure dose of the exposure useful beam 14 using the measuring light beam 15 for the latter, only fractions of one percent of the reticle plane 20 incoming radiation 13 needed. In this case, a profile height of the diffractive lens 11 of a few nanometers, 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.As the measuring light radiation 15 simultaneously with the radiation of the exposure useful beam 14 all optical components of the scanner from the light source via the illumination system not shown in front of the reticle plane 20 to the exit side of the projection lens 12 traverses in the same way, the measurement of the intensity or power density of the measuring light beam 15 a clear, representative measure of the intensity or power density and thus the exposure dose of the exposure Nutzstrahls 14 , In particular, any temporal variations in the power density of the exposure useful beam are present 14 through the "rapid damage" effect in the same way in the measuring beam 15 before and will be successful Lich with the radiation sensor element 18 detected. To the radiation sensor element 18 can work in the same way as above 1 described be coupled to an exposure control loop, which corrects these and any other deviations from a predetermined set value of the exposure intensity or exposure dose by countermeasure light source drive.

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 provides reliable detection of the actual exposure intensity or exposure dose of an exposure useful beam. In the application of lithographic projection exposure systems, in particular temporal exposure intensity changes are detected, which are based on temporal transmittance fluctuations of optical components not only in the illumination system but also in the projection objective. According to the invention, it is ensured that the radiation fraction used for the measurement is guided essentially over the same optical components and thus suffers the same radiation losses as the radiation forming the exposure useful beam, so that the evaluation of the measurement radiation is a true-to-life value for the actual exposure intensity or exposure dose of the exposure useful beam represents. By using a plurality of laterally offset radiation sensor elements, it is also possible, if necessary, to detect spatial inhomogeneities over the beam cross section of the exposure useful beam. In any case, the invention advantageously enables detection of the exposure intensity or exposure dose in real time during each exposure operation and without disturbing the exposure function of the exposure useful beam. Depending on the application, scattered and / or reflected radiation is used for the measuring process and / or measuring radiation is coupled out of incoming radiation.

Die Erfindung ist insbesondere für Stepper und Scanner verwendbar, die bei Wellenlängen im UV-Bereich unterhalb von 200 nm 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 usable at wavelengths in the UV range below from 200 nm to the EUV area. It is understood that the invention above out for any other types of exposure devices, e.g. in the photographic exposure technique, can be used to the actual exposure intensity or exposure dose of an exposure useful beam with relatively low Effort as possible to grasp exactly.

Claims (10)

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 – 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, vorgesehen sind und – der Strahlungssensor (18) außerhalb des Belichtungsnutzstrahls (14) nach der letzten strahlungsverlustbehafteten Optikkompo nente des optischen Systems im Ausbreitungsbereich des Messlichtstrahls (15) angeordnet ist, der gleichzeitig mit der den Belichtungsnutzstrahl (14) bildenden Strahlung über die gleichen strahlungsverlustbehafteten Optikkomponenten (12) des optischen Systems geführt wird.Exposure device, in particular a microlithographic projection exposure device, comprising - an optical system ( 12 ) with a plurality of optical components connected in series in the beam path, at least part of which is subject to radiation loss, for providing an exposure useful beam (US Pat. 14 ) and - a dose sensor for detecting an exposure dose characteristic of the exposure useful beam, the radiation sensor ( 18 ), characterized in that - means ( 11 ) for splitting radiation in the beam path between a radiation source and a last radiation-loss-affected optical component of the optical system into at least the exposure useful beam ( 14 ) and a measuring light beam ( 15 ) and for guiding the measurement light beam over all subsequent radiation-loss-prone optical components of the optical system, over which the exposure useful beam is guided, are provided, and - the radiation sensor ( 18 ) outside of the exposure useful beam ( 14 ) after the last radiation-lossy optical component of the optical system in the propagation range of the measurement light beam ( 15 ), which simultaneously with the exposure useful beam ( 14 ) forming radiation via the same radiation loss-affected 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 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 exposure useful beam in the beam path behind a last radiation-loss-prone optical component of the optical system. Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, weiter dadurch kennzeichnet, 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 1 or 2, further characterized in that the radiation splitting means comprises a diffractive lens element (10) inserted in the optical system between a radiation source and the last radiation-lossy optical component. 11 ). Belichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 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 one of Claims 1 to 3, further characterized in that it comprises a lithographic projection exposure apparatus with an illumination system and a downstream projection objective ( 12 ) and the radiation-splitting means are arranged in the projection lens. Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 4, weiter dadurch gekennzeichnet, dass das diffraktive Linsenelement (11) nahe oder auf Höhe einer Pupillenebene des Projektionsobjektivs angeordnet ist.Exposure device according to claim 4, further characterized in that the diffractive lens element ( 11 ) is arranged near or at the level of a pupil plane of the projection lens. Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, weiter dadurch gekennzeichnet, dass das diffraktive Linsenelement (11) an einer Oberfläche eines refraktiven Linsenelements (16) des Projektionsobjektivs angeordnet ist.Exposure device according to claim 4 or 5, 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 6, weiter gekennzeichnet durch Mittel zum Auskoppeln eines Messlichtstrahls aus Strahlung nach einer im Strahlengang letzten strahlungsverlustbehafteten Optikkomponente des optischen Systems, wobei der nicht ausgekoppelte Teil der Strahlung den Belichtungsnutzstrahl bildet.Exposure device according to one of claims 1 to 6, further characterized by means for coupling out a measuring light beam from radiation after a radiation loss in the last ray path Optical component of the optical system, wherein the undocked Part of the radiation forms the exposure utility beam. Belichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, 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 7, 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 8, 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 8, further characterized in that the radiation sensor comprises a plurality of radiation sensor elements ( 7a to 7d ) spaced laterally from each other. Belichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, 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 9, 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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