WO2005036272A1 - Method for radiation treating an optical system - Google Patents

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WO2005036272A1
WO2005036272A1 PCT/EP2003/010362 EP0310362W WO2005036272A1 WO 2005036272 A1 WO2005036272 A1 WO 2005036272A1 EP 0310362 W EP0310362 W EP 0310362W WO 2005036272 A1 WO2005036272 A1 WO 2005036272A1
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WO
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radiation
lighting
partial
optical system
areas
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PCT/EP2003/010362
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German (de)
French (fr)
Inventor
Toralf Gruner
Axel Dochnahl
Original Assignee
Carl Zeiss Smt Ag
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70058Mask illumination systems
    • G03F7/70091Illumination settings, i.e. intensity distribution in the pupil plane or angular distribution in the field plane; On-axis or off-axis settings, e.g. annular, dipole or quadrupole settings; Partial coherence control, i.e. sigma or numerical aperture [NA]
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    • G03F7/708Construction of apparatus, e.g. environment aspects, hygiene aspects or materials
    • G03F7/70908Hygiene, e.g. preventing apparatus pollution, mitigating effect of pollution or removing pollutants from apparatus
    • G03F7/70925Cleaning, i.e. actively freeing apparatus from pollutants, e.g. using plasma cleaning

Definitions

  • the invention relates to a method for treating an optical system with the radiation of an upstream lighting system.
  • the quality of optical systems such as of microlithography projection lenses, is often impaired by effects that only arise during operation. Such effects are e.g. the contamination of optical components and the change in material properties in optical components due to the illumination radiation.
  • a contamination effect can occur in particular if organic molecules are present in an optical system which have a high absorption coefficient in the wavelength range of the illuminating radiation used.
  • the Irradiation of the molecules photochemical reactions are started and the surfaces of optically active components are contaminated by reaction products of these chemical processes.
  • Such organic molecules arise, for example, as outgassing products from construction materials as they form under stray light conditions.
  • a purging gas which is often used in optical systems, also plays a role as a source of contaminants, since this is usually not completely free of organic contaminants even with thorough filtering.
  • their transmission or reflectivity may deteriorate, so that the performance of the entire optical system is reduced.
  • the photochemical process which leads to the attachment of organic molecules on the surface of optical components, is opposed by a photochemical process, which causes the desorption of such organic molecules from the surface.
  • the critical variable which determines whether the desorption rate or the rate of addition of organic molecules on the surface of optical components predominates, is the surface energy density of the illuminating radiation used. If this exceeds a certain value, the desorption predominates due to the deposition and the components of an optical system are self-cleaning by the illuminating radiation, which is referred to as photo cleaning.
  • wavelengths of the illuminating radiation of less than 200 nm are particularly effective for such photo cleaning.
  • Components in an optical system are usually not hit uniformly by the radiation passing through the system in normal operation.
  • the surface energy density in some areas of the optical system may be larger than that for photo cleaning necessary threshold is, but is below this threshold in other areas.
  • Surface areas which are almost free of impurities can therefore appear on an optical component, whereas strong impurities occur in other surface areas which are hit by radiation with a weaker intensity.
  • the optical system is an imaging system that images an object present in an object plane
  • the shape of this object places the beam path through the optical system and thus the distribution of the contaminated and less contaminated surface areas on the optical components of the optical system
  • the object is a radiation diffractive object and / or a periodic object structure, for example a diffraction grating or a structure mask for semiconductor exposure
  • the distribution can be markedly uneven. Areas affected by high-intensity illuminating radiation are subject to noticeable photo cleaning, whereas areas with low illuminance are not.
  • the imaging performance of the optical system can deteriorate in that the radiation passing through the optical system strikes areas with strong impurities in its beam path corresponding to the newly used object. which can result in a deterioration of the imaging performance.
  • a projection exposure system to direct correction light in a correction mode onto a correction area of an optical component which is in a projection mode, i.e. in normal operation, is not or only to a small extent exposed to the projection light and immediately adjoins a projection area of the optical component which is exposed to the projection light in the projection mode.
  • a correction element is introduced into the beam path instead of a reticle, e.g. a double wedge, a lens unit or a phase grating.
  • an exposure system which contains an illumination system and a downstream projection objective and additionally a photo cleaning unit with which dirty optical components in the projection objective are cleaned by illuminating them with the radiation from the illumination system.
  • a photo cleaning unit with which dirty optical components in the projection objective are cleaned by illuminating them with the radiation from the illumination system.
  • the invention has for its object to provide a method of the type mentioned that effective radiation treatment of an optical system across its entire field, e.g. for the purpose of photo cleaning optical components of the same, made possible with relatively little effort.
  • various partial lighting apertures of the lighting system are set in succession. With each partial lighting aperture, an associated partial area of an overall treatment area of the optical system is illuminated in a correspondingly radiation-treating manner, e.g. to remove impurities in a photo cleaning process and / or to homogenize the material properties of optical components of the system.
  • the total treatment area here is the total volume of the optical system that is exposed to the illuminating radiation when the aperture diaphragm is opened to the maximum.
  • light-distributing elements such as diffractive structures, can be present, which distributes the illuminating radiation even in areas that are otherwise not reached.
  • the sub-area apertures are selected so that the overall treatment area of the optical system is covered by the assigned sub-areas.
  • the term “lighting system” here includes not only special lighting systems of projection exposure systems, but generally any systems that provide a desired optical radiation to a downstream optical system.
  • the entire optically effective surface of the component (s) of the optical system to be cleaned is illuminated with radiation, the intensity of which is so great that the surface energy density lies above the threshold value.
  • any radiation treatment can also be carried out by heating according to the process resulting inhomogeneity of the material properties can be compensated.
  • the partial areas are designed as an inner circle and a plurality of ring areas arranged concentrically around the inner circle.
  • the partial lighting apertures are adjusted in such a way that the radiation-treating illumination takes place outside the inner circle through a ring area with a continuously adjustable radius.
  • such a selection of the partial areas has the advantage that corresponding partial lighting apertures can be set easily by conventional lighting systems, such as those used in front of a projection lens in microlithography systems. There is generally no need to make any significant modifications to the lighting system in order to be able to use it for the radiation treatment.
  • a safety overlap which is provided for each adjacent ring area in the radial direction, ensures that there are no areas in the radiation-treating illumination of the overall treatment area, in which there are no areas due to insufficient lighting intensity desired radiation treatment effect occurs.
  • the radiation of the lighting system is concentrated on a partial area of the overall treatment area when the respective partial lighting aperture is set, since this increases the available surface energy density, which significantly improves the efficiency of the radiation treatment.
  • This is particularly advantageous if the light intensity of the light source assigned to the lighting system is not high enough to without generating such a sufficient area energy density.
  • the surface energy density of the treating radiation of the lighting system is set to more than 1 ⁇ J / cm 2 , so that the cleaning of the optical surfaces is particularly efficient since, from this threshold, the organic impurities have a strong tendency to desorb from those affected have optical components, whereas attachment processes are suppressed.
  • the system to be cleaned is the projection lens of a lithography exposure system, this system already has an upstream lighting system. This can be used for photo cleaning, whereby the method presented here can be carried out with existing lighting systems without the need for significant modifications to these systems.
  • the lighting system and the projection lens are coordinated so that the maximum possible aperture ratio when using the lighting system to illuminate a reticle to be projected is one, the entire treatment area can be successively completely covered by the illuminated partial areas without additional changes, e.g. by inserting the Components that change the light path and are required on the lithography exposure system.
  • the wavelengths used in microlithography are often below 200 nm, so that this condition for effective photo cleaning is also automatically met.
  • a further embodiment of the invention provides for the selection of partial lighting apertures for the radiation treatment by an illumination system, which is also used in a normal operating mode to provide illuminating radiation.
  • an illumination system which is also used in a normal operating mode to provide illuminating radiation.
  • concentration of the illuminating radiation on off-axis, for example annular partial areas in many conventional illuminating systems, such as, for example, the illuminating systems described in the above-mentioned DE 195 20 563 A1 is already provided for normal operation, so that these systems are used without modifications for radiation treatment can be.
  • FIG. 1 shows a schematic longitudinal sectional view of an illumination system of a microlithography projection exposure system
  • Fig. 2 is a schematic representation of annular partial lighting saperturen of the lighting system of Fig. 1, which are set in a photo cleaning operating mode, and
  • FIG. 3 shows a flow diagram of a method for radiation treatment according to the invention.
  • This illumination system comprises a laser 1, a beam expander 14, a first diffractive optical raster element 9 and a zoom lens 2, in the pupil plane of which a second diffractive optical raster element 8 is provided.
  • a coupling optic 4 for coupling of light onto the entry surface 5e of a glass rod 5.
  • an adjustable field diaphragm 51 is attached in an intermediate field plane.
  • an objective 6 with a plurality of lens groups 61, 63, 65, a deflection mirror 64 and a pupil plane 62, which images the intermediate field plane on a reticle plane 7.
  • An axicon pair 21 is arranged in the zoom lens 2.
  • This consists of two lenses, each of which has a conical surface, the conical part of the first lens being convex and the conical part of the second lens being concave. Both lenses can be pushed together so that there is no gap between the conical surfaces. In this position, the conical surfaces have no optical effect, so that the axicon pair acts like an ordinary lens and the lens 2 can be used as a pure zoom lens, in which the imaging scale by changing the position of the lens 22 along the optical Axis is set. In this case, the lighting system provides conventional circular lighting.
  • the distance 21a of the two conical axicon lenses 21 along the optical axis can be used to concentrate the radiation on the entrance side in off-axis ring areas, the size of the ring area, ie its inside and outside diameter, being set by specifying the distance 21a.
  • the distance between the two axicon surfaces is different from zero, the radiation is mainly concentrated in the off-axis ring regions of the light distribution, while an inner circle of the illuminating radiation with only low light intensity remains at most in the center of the light distribution.
  • the method for radiation treatment according to the invention can consequently be implemented in a simple manner with the aid of the above illumination system, since this enables the illumination light to be concentrated on annular partial areas.
  • the entire field of a downstream optical system can be illuminated successively with radiation treatment, the annular partial area apertures being formed either by an infinitely adjustable ring area or by several concentric ring areas, which are arranged one after the other with a safety overlap.
  • a projection lens following this illumination system can be effectively illuminated in a radiation-treating manner.
  • FIG. 2 schematically shows several partial lighting apertures as are used in one embodiment of the method according to the invention.
  • dRj denotes a predeterminable safety overlap, which is preferably very small compared to Rj, so that the overlap area is very much smaller than the respective ring area.
  • the safety overlap dRj can be the same or alternatively different for the successive ring areas.
  • the inner circle A1 and the four ring areas A 2 to A 5 together cover the overall illumination field of the associated optical system, i.e.
  • the lithography exposure system is switched from a normal operating mode to a radiation treatment mode (step 10).
  • a radiation treatment mode for this purpose, any reticle that may be present can be removed from the exposure system.
  • the inner circle Ai is first selected as the partial lighting aperture by appropriate adjustment of the lighting system objective 2 (step 11).
  • the radius R ⁇ of the inner circle is the minimally adjustable radius with the objective 2.
  • the optical system following the illumination system 6 is exposed to the inner circle illumination radiation until the radiation treatment has led to the removal of contaminations on the optical components and / or a homogenization of their material properties in the inner circle part region Ai illuminated by the illumination light.
  • the ring region A 2 with the inner radius R 1 - dRi and the outer radius R 2 is then adjusted by correspondingly adjusting the lens 22 and the axicon pair 21 of the illumination system objective 2 , ie the inner radius is reduced by the safety overlap dRi to ensure effective radiation treatment also at the transition from the inner circle Ai to the inner ring area A 2 .
  • the optical system in this area A2 is illuminated with radiation treatment.
  • the next ring area A 3 is selected. This procedure is successively repeated for the ring regions A3 to A 5 which follow concentrically radially outwards, that is, until the entire surface of the optical system has been illuminated with radiation treatment.
  • the ring areas A2 to A5 are chosen such that they each cover only a relatively narrow annular area in which the radiation emitted by the laser 1 is concentrated. ie a high intensity of the illuminating light can be achieved in each ring area A 2 to A5.
  • a ring region with an inner radius Ri-dRi and an outer radius R 2 is then set to the inner circle Ai, and then, when the laser 1 is switched on, the ring region 22 and the axicon pair 21 are shifted radially outward in a stepless manner shifted until its outer edge has reached the radius R5, ie the edge of the entire aperture field.
  • the speed of the displacement of the ring area is controlled in such a way that effective radiation treatment of the subsequent optical system is guaranteed at every point in the entire aperture field.
  • the aperture adjustment and optionally the additional adjustment of the radiation emission power of the light source 1 ensure that the surface energy density is higher than 1 ⁇ J / cm 2 in the inner circle Ai and in the ring areas A 2 to A5, which are gradually adjusted, or in the continuously adjustable ring area. This ensures effective photo cleaning of contaminated surfaces of the components of the optical system to which the illuminating radiation is supplied by the illuminating system. Wavelengths below 200 nm, as are typically used in microlithography projection exposure systems for semiconductor wafer structuring, which work with UV radiation, are particularly suitable for photo cleaning. After the radiation treatment is completed, the person concerned Operating mode deactivated (step 13) so that the system is available again for normal operation.
  • the invention can also be used for reflection-working systems.
  • the illuminating light is also guided into the objective for photo cleaning via a reflective reticle.
  • This reticle can be designed to be uniformly reflective. In this case, the light is immediately effective in the distribution provided by the lighting system.
  • diffractive structures can be applied to the reticle, which specifically redistribute the incident light in the pupil and in this way lead to a further increase in intensity in selected areas at the expense of other areas.
  • the method according to the invention enables systematic, effective radiation treatment of an optical system.
  • the method according to the invention is not limited to the treatment of projection objectives in lithography exposure systems, but that optical systems of various types can be subjected to an effective radiation treatment with it.
  • the radiation treatment according to the invention in partial areas of the overall treatment area that are illuminated successively in any order that can be predetermined can include, in particular, photo cleaning and / or complete or at least partial elimination of lighting-related material inhomogeneities of the optical system components, but also any other conventional radiation treatment purposes.
  • the treatment parameters are selected in a suitable manner, in particular the number and shape of the partial lighting apertures, the radiation duration, the radiation wavelength and the radiation energy density.

Abstract

The invention relates to a method for radiation treating an optical system with radiation of a lighting system located upstream therefrom. According to the invention, different partial lighting apertures of the lighting system are adjusted in succession and illuminate only a partial area of the total treatment area of the optical system while subjecting this partial area to a radiation treatment. The partial areas being illuminated while undergoing radiation treatment in succession complete on another to form the entire field of the optical system. The invention is used, for example, for the photo-cleaning of projection objectives in lithography exposure systems.

Description

Unser Zeichen: P 42407 WO 17. September 2003 EW/SR/ryOur mark: P 42407 WO September 17, 2003 EW / SR / ry
Beschreibung Verfahren zur Strahlungsbehandlung eines optischen SystemsDescription Method for radiation treatment of an optical system
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung eines optischen Systems mit der Strahlung eines vorgeschalteten Beleuchtungssystems. Die Qualität von optischen Systemen, wie z.B. von Mikrolithographie- Projektionsobjektiven, wird häufig durch Effekte beeinträchtigt, welche sich erst im Laufe des Betriebs einstellen. Solche Effekte sind z.B. die Kontamination optischer Komponenten sowie die Veränderung der Materialeigenschaften in optischen Komponenten durch die Beleuch- tungsstrahlung.The invention relates to a method for treating an optical system with the radiation of an upstream lighting system. The quality of optical systems, such as of microlithography projection lenses, is often impaired by effects that only arise during operation. Such effects are e.g. the contamination of optical components and the change in material properties in optical components due to the illumination radiation.
Ein Kontaminationseffekt kann insbesondere auftreten, wenn organische Moleküle in einem optischen System vorhanden sind, die im verwendeten Wellenlängenbereich der Beleuchtungsstrahlung einen hohen Absorptionskoeffizienten aufweisen. In diesem Fall können durch die Bestrahlung der Moleküle photochemische Reaktionen in Gang gesetzt werden und die Oberflächen optisch wirksamer Komponenten durch Reaktionsprodukte dieser chemischen Prozesse kontaminiert werden. Solche organischen Moleküle entstehen beispielsweise als Ausgaspro- dukte von Konstruktionsmaterialien, wie sie sich unter Streulichtbedingungen bilden. Ebenso spielt ein in optischen Systemen oftmals benutztes Spülgas als Quelle von Verunreinigungen eine Rolle, da dieses selbst bei gründlicher Filterung meist nicht völlig frei von organischen Verunreinigungen ist. Als Folge der Kontamination opti- scher Komponenten kann es zu einer Verschlechterung von deren Transmissions- bzw. Reflexionsvermögen kommen, so dass die Leistung des gesamten optischen Systems reduziert wird.A contamination effect can occur in particular if organic molecules are present in an optical system which have a high absorption coefficient in the wavelength range of the illuminating radiation used. In this case, the Irradiation of the molecules, photochemical reactions are started and the surfaces of optically active components are contaminated by reaction products of these chemical processes. Such organic molecules arise, for example, as outgassing products from construction materials as they form under stray light conditions. A purging gas, which is often used in optical systems, also plays a role as a source of contaminants, since this is usually not completely free of organic contaminants even with thorough filtering. As a result of the contamination of optical components, their transmission or reflectivity may deteriorate, so that the performance of the entire optical system is reduced.
Dem photochemischen Prozess, welcher zur Anlagerung von organi- sehen Molekülen auf der Oberfläche optischer Komponenten führt, steht ein photochemischer Prozess gegenüber, welcher die Desorption solcher organischer Moleküle von der Oberfläche bewirkt. Die kritische Größe, welche festlegt, ob die Desorptionsrate oder die Anlagerungsrate organischer Moleküle auf der Oberfläche optischer Komponenten überwiegt, ist die Flächenenergiedichte der verwendeten Beleuchtungsstrahlung. Überschreitet diese einen bestimmten Wert, so überwiegt die Desorption über die Anlagerung und es kommt zu einer Selbstreinigung der Komponenten eines optischen Systems durch die Beleuchtungsstrahlung, was als Photoreinigung bezeichnet wird. Typischerweise sind Wellenlängen der Beleuchtungsstrahlung kleiner als 200 nm für eine solche Photoreinigung besonders effektiv.The photochemical process, which leads to the attachment of organic molecules on the surface of optical components, is opposed by a photochemical process, which causes the desorption of such organic molecules from the surface. The critical variable, which determines whether the desorption rate or the rate of addition of organic molecules on the surface of optical components predominates, is the surface energy density of the illuminating radiation used. If this exceeds a certain value, the desorption predominates due to the deposition and the components of an optical system are self-cleaning by the illuminating radiation, which is referred to as photo cleaning. Typically, wavelengths of the illuminating radiation of less than 200 nm are particularly effective for such photo cleaning.
Komponenten in einem optischen System, insbesondere in einem Abbildungssystem, werden im normalen Betrieb meist nicht gleichförmig von der durch das System hindurchtretenden Strahlung getroffen. Das führt dazu, dass die Flächenenergiedichte in manchen Bereichen des optischen Systems eventuell größer als der zur Photoreinigung notwendige Schwellwert ist, in anderen Bereichen aber unter diesem Schwellwert liegt. Daher können auf einer optischen Komponente Flächenbereiche auftreten, welche fast frei von Verunreinigungen sind, wohingegen in anderen Flächenbereichen, die von Strahlung mit schwächerer Intensität getroffen werden, starke Verunreinigungen auftreten. Handelt es sich bei dem optischen System um ein abbildendes System, welches ein in einer Objektebene vorhandenes Objekt abbildet, so legt die Form dieses Objekts den Strahlengang durch das optische System und somit die Verteilung der verunreinigten und weniger stark verunreinigten Flächenbereiche auf den optischen Komponenten des optischen Systems fest: Insbesondere wenn es sich um ein strah- lungsbeugendes Objekt und/oder eine periodische Objektstruktur handelt, z.B. ein Beugungsgitter oder eine Strukturmaske zur Halbleiterbelichtung, kann die Verteilung ausgeprägt ungleich sein. Flächen- bereiche, welche von Beleuchtungsstrahlung hoher Intensität getroffen werden, unterliegen einer merklichen Photoreinigung, Flächenbereiche mit niedriger Beleuchtungsintensität hingegen nicht.Components in an optical system, in particular in an imaging system, are usually not hit uniformly by the radiation passing through the system in normal operation. As a result, the surface energy density in some areas of the optical system may be larger than that for photo cleaning necessary threshold is, but is below this threshold in other areas. Surface areas which are almost free of impurities can therefore appear on an optical component, whereas strong impurities occur in other surface areas which are hit by radiation with a weaker intensity. If the optical system is an imaging system that images an object present in an object plane, the shape of this object places the beam path through the optical system and thus the distribution of the contaminated and less contaminated surface areas on the optical components of the optical system Systems fixed: In particular if the object is a radiation diffractive object and / or a periodic object structure, for example a diffraction grating or a structure mask for semiconductor exposure, the distribution can be markedly uneven. Areas affected by high-intensity illuminating radiation are subject to noticeable photo cleaning, whereas areas with low illuminance are not.
Wird nach einer längeren Betriebszeit des optischen Systems mit ein und demselben Objekt dieses gewechselt, so kann sich die Abbildungsleistung des optischen Systems dadurch verschlechtern, dass die durch das optische System tretende Strahlung in ihrem dem neu eingesetzten Objekt entsprechenden Strahlengang auf Bereiche mit starken Verunreinigungen trifft, was eine Verschlechterung der Abbildungs- leistung zur Folge haben kann.If the optical system is changed after a longer period of operation with one and the same object, the imaging performance of the optical system can deteriorate in that the radiation passing through the optical system strikes areas with strong impurities in its beam path corresponding to the newly used object. which can result in a deterioration of the imaging performance.
Als ein weiterer Effekt einer nicht homogenen Verteilung der Beleuchtungsstrahlung beim Betrieb eines optischen Systems werden dessen optische Komponenten unter der Einwirkung der Beleuchtungs- Strahlung abhängig von der lokalen Beleuchtungsintensität unterschiedlich stark erwärmt. Diese Erwärmung führt zu einer lokalen Ausdehnung bzw. Verdichtung des Materials, aus dem die optischen Komponenten bestehen. Eine solche lokale Ausdehnung bzw. Verdichtung kann irreversibel sein, d.h. auch nach Abschaltung der Beleuchtungsstrahlung weiter fortbestehen. Die hierdurch hervorgerufene Inhomogenität der Materialeigenschaften und somit der optischen Eigenschaften der betroffenen optischen Komponenten kann bei abbildenden optischen Systemen zu einer Degradation der Abbildungseigenschaften führen. Um diesen Effekt abzuschwächen, kann durch eine geeignete Bestrahlung des Gesamtfeldes des optischen Systems mit dem Beleuchtungslicht eine Homogenisierung der Materialeigenschaften, insbesondere eine Verringerung des Gradienten der Materialeigenschaften, erreicht werden.As a further effect of a non-homogeneous distribution of the illuminating radiation when operating an optical system, its optical components are heated to different extents depending on the local illuminating intensity under the influence of the illuminating radiation. This heating leads to local expansion or compression of the material from which the optical components are made consist. Such a local expansion or compression can be irreversible, ie it can continue to exist even after the illuminating radiation has been switched off. The resulting inhomogeneity of the material properties and thus the optical properties of the optical components concerned can lead to a degradation of the imaging properties in imaging optical systems. In order to weaken this effect, a suitable irradiation of the entire field of the optical system with the illuminating light can achieve a homogenization of the material properties, in particular a reduction in the gradient of the material properties.
In der älteren deutschen Patentanmeldung 10301799.2 der Anmelderin wird dazu für eine Projektionsbelichtungsanlage vorgeschlagen, in einem Korrekturmodus Korrekturlicht auf einen Korrekturbereich einer optischen Komponente zu richten, der in einem Projektionsmodus, d.h. im Normalbetrieb, nicht oder nur zu einem geringen Teil dem Projektionslicht ausgesetzt ist und sich an einen Projektionsbereich der optischen Komponente, der im Projektionsmodus dem Projektionslicht ausgesetzt ist, unmittelbar anschließt. Dazu wird anstelle eines Retikels ein Korrekturelement in den Strahlengang eingebracht, z.B. ein Doppelkeil, eine Linseneinheit oder ein Phasengitter.In the older German patent application 10301799.2 from the applicant, it is proposed for a projection exposure system to direct correction light in a correction mode onto a correction area of an optical component which is in a projection mode, i.e. in normal operation, is not or only to a small extent exposed to the projection light and immediately adjoins a projection area of the optical component which is exposed to the projection light in the projection mode. For this purpose, a correction element is introduced into the beam path instead of a reticle, e.g. a double wedge, a lens unit or a phase grating.
Aus der Patentschrift US 6.268.904 B1 ist eine Belichtungsanlage bekannt, die ein Beleuchtungssystem und ein nachgeschaltetes Projektionsobjektiv sowie zusätzlich eine Photoreinigungseinheit beinhaltet, mit der verschmutzte optische Komponenten im Projektionsobjektiv durch Beleuchtung mit der Strahlung aus dem Beleuchtungssystem gereinigt werden. Speziell wird dort auf das Problem eingegangen, dass mit dem Beleuchtungslicht nicht die gesamte Oberfläche der verschmutzten optischen Komponenten im Objektiv gereinigt werden kann, wenn die numerische Apertur des Projektionsobjektivs größer als diejenige des Beleuchtungssystems ist. Als Abhilfe werden mehrere Möglichkeiten angegeben, die numerische Apertur des Beleuchtungssystems so auf die numerische Apertur des Projektionsobjektivs abzustimmen, dass deren Verhältnis größer oder gleich eins wird, z.B. dadurch, dass in das Beleuchtungssystem eine variable Aperturblende eingebracht wird, die zusätzlich zu den im normalen Belichtungsbetrieb verwendeten Beleuchtungsaperturen noch weitere bereithält, welche eine größere Pupillenöffnung erlauben und im Photoreinigungsbetrieb verwendet werden. Begleitend wird zur Photoreinigung empfohlen, die optischen Kompo- nenten des Projektionsobjektivs mit einem stark oxidierenden Gas, beispielsweise mit Sauerstoff (02) oder Ozon (O3), zu spülen, um den Photoreinigungsprozess zu beschleunigen und seine Wirkung zu verstärken.From the US Pat. No. 6,268,904 B1, an exposure system is known which contains an illumination system and a downstream projection objective and additionally a photo cleaning unit with which dirty optical components in the projection objective are cleaned by illuminating them with the radiation from the illumination system. Specifically, it addresses the problem that the entire surface of the dirty optical components in the lens cannot be cleaned with the illumination light if the numerical aperture of the projection lens is larger than that of the Lighting system. As a remedy, several options are given to match the numerical aperture of the lighting system to the numerical aperture of the projection lens in such a way that their ratio becomes greater than or equal to one, for example by introducing a variable aperture diaphragm into the lighting system, which is in addition to that in normal exposure mode used illumination apertures still available, which allow a larger pupil opening and are used in the photo cleaning operation. Accompanying the photo cleaning, it is recommended to flush the optical components of the projection lens with a strongly oxidizing gas, for example with oxygen (0 2 ) or ozone (O 3 ), in order to accelerate the photo cleaning process and to increase its effectiveness.
In der DE 195 20 563 A1 und der dort zitierten Literatur wird eine Beleuchtungseinrichtung für eine Mikrolithographie-Projektionsbelich- tungsanlage mit einer Einrichtung zur Erzeugung von ringförmiger und von Multipol-Beleuchtung beschrieben. Diese Einrichtung ermöglicht es, das von einem Laser gelieferte Licht konzentriert in außeraxial liegende Winkelbereiche zu richten, so dass ein Großteil der von einer zugehörigen Lichtquelle gelieferten Intensität des Beleuchtungslichts auch bei annularer oder Multipol-Beleuchtung konzentriert für eine Abbildung zur Verfügung steht.DE 195 20 563 A1 and the literature cited therein describe an illumination device for a microlithography projection exposure system with a device for generating ring-shaped and multipole illumination. This device makes it possible to direct the light supplied by a laser in a concentrated manner into off-axis angular ranges, so that a large part of the intensity of the illuminating light supplied by an associated light source is available for imaging even in the case of annular or multipole illumination.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, das eine wirksame Strahlungsbehandlung eines optischen Systems über dessen Gesamtfeld hinweg, z.B. zwecks Photoreinigung optischer Komponenten desselben, mit relativ geringem Aufwand ermöglicht.The invention has for its object to provide a method of the type mentioned that effective radiation treatment of an optical system across its entire field, e.g. for the purpose of photo cleaning optical components of the same, made possible with relatively little effort.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängi- gen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird hiermit durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.This object is achieved by a method with the features of claim 1. Advantageous further developments are in the dependent indicated claims. The wording of all claims is hereby incorporated by reference into the content of the description.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Strahlungsbehandlung eines optischen Systems werden nacheinander verschiedene Teilbeleuchtungsaperturen des Beleuchtungssystems eingestellt. Mit jeder Teilbeleuchtungsapertur wird jeweils ein zugehöriger Teilbereich eines Gesamtbehandlungsbereichs des optischen Systems entsprechend strahlungsbehandelnd beleuchtet, z.B. zur Befreiung von Verunreini- gungen in einem Photoreinigungsprozess und/oder zur Homogenisierung der Materialeigenschaften optischer Komponenten des Systems. Als Gesamtbehandlungsbereich wird hier das gesamte Volumen des optischen Systems bezeichnet, das bei maximaler Öffnung der Aperturblende der Beleuchtungsstrahlung ausgesetzt ist. Optional können hierbei lichtverteilende Elemente, wie diffraktive Strukturen, vorhanden sein, welche die Beleuchtungsstrahlung auch in ansonsten nicht erreichte Bereiche verteilt.In the method according to the invention for the radiation treatment of an optical system, various partial lighting apertures of the lighting system are set in succession. With each partial lighting aperture, an associated partial area of an overall treatment area of the optical system is illuminated in a correspondingly radiation-treating manner, e.g. to remove impurities in a photo cleaning process and / or to homogenize the material properties of optical components of the system. The total treatment area here is the total volume of the optical system that is exposed to the illuminating radiation when the aperture diaphragm is opened to the maximum. Optionally, light-distributing elements, such as diffractive structures, can be present, which distributes the illuminating radiation even in areas that are otherwise not reached.
Insgesamt werden die Teilbereichsaperturen so gewählt, dass der Gesamtbehandlungsbereich des optischen Systems durch die zugeordneten Teilbereiche abgedeckt wird. Der Begriff „Beleuchtungssystem" umfasst hierbei vorliegend nicht nur speziell Beleuchtungssysteme von Projektionsbelichtungsanlagen, sondern allgemein beliebige Systeme, die einem nachgeschalteten optischen System eine gewünschte Beleuchtungsstrahlung bereitstellen.Overall, the sub-area apertures are selected so that the overall treatment area of the optical system is covered by the assigned sub-areas. The term “lighting system” here includes not only special lighting systems of projection exposure systems, but generally any systems that provide a desired optical radiation to a downstream optical system.
Für eine wirksame verfahrensgemäße Photoreinigung wird die gesamte optisch wirksame Fläche der zu reinigenden Komponente(n) des optischen Systems mit einer Strahlung beleuchtet, deren Intensität so groß ist, dass die Flächenenergiedichte über dem Schwellwert liegt. Zusätzlich oder alternativ zur Photoreinigung kann durch eine verfahrensgemäße Strahlungsbehandlung auch eine etwaige, durch Erwärmung entstandene Inhomogenität der Materialeigenschaften ausgeglichen werden.For effective photo cleaning according to the method, the entire optically effective surface of the component (s) of the optical system to be cleaned is illuminated with radiation, the intensity of which is so great that the surface energy density lies above the threshold value. In addition or as an alternative to photo cleaning, any radiation treatment can also be carried out by heating according to the process resulting inhomogeneity of the material properties can be compensated.
In einer Weiterbildung der Erfindung werden die Teilbereiche als ein Innenkreis und mehrere um den Innenkreis konzentrisch angeordnete Ringbereiche ausgestaltet. Bei einer alternativen Weiterbildung der Erfindung werden die Teilbeleuchtungsaperturen so verstellt, dass die strahlungsbehandelnde Ausleuchtung außerhalb des Innenkreises durch einen Ringbereich mit stufenlos verstellbarem Radius erfolgt. In beiden Fällen hat eine solche Wahl der Teilbereiche den Vorteil, dass entsprechende Teilbeleuchtungsaperturen problemlos von konventionellen Beleuchtungssystemen, wie sie beispielsweise bei Mikrolithographie- anlagen vor einem Projektionsobjektiv eingesetzt werden, eingestellt werden können. Es müssen dazu im Allgemeinen keine wesentlichen Modifikationen am Beleuchtungssystem vorgenommen werden, um dieses für die Strahlungsbehandlung verwenden zu können.In a development of the invention, the partial areas are designed as an inner circle and a plurality of ring areas arranged concentrically around the inner circle. In an alternative development of the invention, the partial lighting apertures are adjusted in such a way that the radiation-treating illumination takes place outside the inner circle through a ring area with a continuously adjustable radius. In both cases, such a selection of the partial areas has the advantage that corresponding partial lighting apertures can be set easily by conventional lighting systems, such as those used in front of a projection lens in microlithography systems. There is generally no need to make any significant modifications to the lighting system in order to be able to use it for the radiation treatment.
Im Fall der stufenweisen Ringbereiche mit sukzessiver Durchstellung der Teilbeleuchtungsaperturen des Beleuchtungssystems wird durch einen Sicherheitsüberlapp, der für jeweils benachbarte Ringbereiche in Radialrichtung vorgesehen wird, sichergestellt, dass es bei der strah- lungsbehandelnden Ausleuchtung des Gesamtbehandlungsbereichs keine Bereiche gibt, in denen aufgrund unzureichender Beleuchtungsintensität nicht die gewünschte Strahlungsbehandlungswirkung auftritt.In the case of the step-by-step ring areas with successive adjustment of the partial lighting apertures of the lighting system, a safety overlap, which is provided for each adjacent ring area in the radial direction, ensures that there are no areas in the radiation-treating illumination of the overall treatment area, in which there are no areas due to insufficient lighting intensity desired radiation treatment effect occurs.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Strahlung des Beleuchtungssystems bei der Einstellung der jeweiligen Teilbeleuchtungsapertur auf einen Teilbereich des Gesamtbehandlungsbereichs konzentriert wird, da hierdurch die verfügbare Flächenenergiedichte erhöht wird, was die Effizienz der Strahlungsbehandlung wesentlich verbessert. Dies ist insbesondere dann günstig, wenn die Lichtintensität der dem Beleuchtungssystem zugeordneten Lichtquelle nicht groß genug ist, um ohne eine solche Konzentration eine ausreichende Flächenenergiedichte zu erzeugen. Durch die Konzentration der Beleuchtungsintensität auf Teilbereiche lässt sich die zur wirksamen Strahlungsbehandlung nötige Strahlungsleistung der Lichtquelle relativ gering halten.It is particularly advantageous if the radiation of the lighting system is concentrated on a partial area of the overall treatment area when the respective partial lighting aperture is set, since this increases the available surface energy density, which significantly improves the efficiency of the radiation treatment. This is particularly advantageous if the light intensity of the light source assigned to the lighting system is not high enough to without generating such a sufficient area energy density. By concentrating the lighting intensity on partial areas, the radiation power of the light source required for effective radiation treatment can be kept relatively low.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Flächenenergiedichte der behandelnden Strahlung des Beleuchtungssystems auf mehr als 1 μJ/cm2 eingestellt, so dass die Reinigung der optischen Flächen besonders effizient ist, da ab dieser Schwelle die organischen Verunreinigungen eine starke Tendenz zur Desorption von den betroffenen optischen Komponenten aufweisen, wohingegen Anlagerungsprozesse unterdrückt werden.In a further embodiment of the invention, the surface energy density of the treating radiation of the lighting system is set to more than 1 μJ / cm 2 , so that the cleaning of the optical surfaces is particularly efficient since, from this threshold, the organic impurities have a strong tendency to desorb from those affected have optical components, whereas attachment processes are suppressed.
Handelt es sich bei dem zu reinigenden System um das Projektions- objektiv einer Lithographiebelichtungsanlage, so verfügt diese Anlage bereits über ein vorgeschaltetes Beleuchtungssystem. Dieses kann zur Photoreinigung eingesetzt werden, wobei das hier vorgestellte Verfahren mit bereits existierenden Beleuchtungssystemen durchgeführt werden kann, ohne dass signifikante Modifikationen an diesen Systemen not- wendig werden. Sind Beleuchtungssystem und Projektionsobjektiv so aufeinander abgestimmt, dass der maximal mögliche Aperturverhältniswert bei der Verwendung des Beleuchtungssystems zur Beleuchtung eines zu projizierenden Retikels bei eins liegt, kann der Gesamtbehandlungsbereich sukzessive durch die ausgeleuchteten Teilbereiche vollständig überdeckt werden, ohne dass zusätzliche Veränderungen, z.B. durch Einsetzen von den Lichtweg verändernden Komponenten, an der Lithographiebelichtungsanlage notwendig sind. Außerdem liegen die in der Mikrolithographie verwendeten Wellenlängen häufig unterhalb von 200 nm, so dass auch diese Bedingung für eine wirksame Photoreinigung automatisch erfüllt ist. Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht für die Strahlungsbehandlung die Wahl von Teilbeleuchtungsaperturen durch ein Beleuchtungssystem vor, welches auch in einem Normalbetriebsmodus zur Bereitstellung von Beleuchtungsstrahlung verwendet wird. So ist insbesondere die Konzentration der Beleuchtungsstrahlung auf außeraxiale, beispielsweise ringförmige Teilbereiche bei vielen konventionellen Beleuchtungssystemen, wie z.B. den in der oben genannten DE 195 20 563 A1 beschriebenen Beleuchtungssystemen, bereits für den Normalbetrieb vorgesehen, so dass diese Systeme ohne Modifi- kationen z r Strahlungsbehandlung verwendet werden können.If the system to be cleaned is the projection lens of a lithography exposure system, this system already has an upstream lighting system. This can be used for photo cleaning, whereby the method presented here can be carried out with existing lighting systems without the need for significant modifications to these systems. If the lighting system and the projection lens are coordinated so that the maximum possible aperture ratio when using the lighting system to illuminate a reticle to be projected is one, the entire treatment area can be successively completely covered by the illuminated partial areas without additional changes, e.g. by inserting the Components that change the light path and are required on the lithography exposure system. In addition, the wavelengths used in microlithography are often below 200 nm, so that this condition for effective photo cleaning is also automatically met. A further embodiment of the invention provides for the selection of partial lighting apertures for the radiation treatment by an illumination system, which is also used in a normal operating mode to provide illuminating radiation. In particular, the concentration of the illuminating radiation on off-axis, for example annular partial areas in many conventional illuminating systems, such as, for example, the illuminating systems described in the above-mentioned DE 195 20 563 A1, is already provided for normal operation, so that these systems are used without modifications for radiation treatment can be.
Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Es zeigen:Advantageous exemplary embodiments of the invention are shown in the drawings and are described below. Show it:
Fig.1 eine schematische Längsschnittansicht eines Beleuchtungssystems einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage,1 shows a schematic longitudinal sectional view of an illumination system of a microlithography projection exposure system,
Fig. 2 eine schematische Darstellung von ringförmigen Teilbeleuchtung saperturen des Beleuchtungssystems von Fig. 1 , die in einem Photoreinigungs-Betriebsmodus eingestellt werden, undFig. 2 is a schematic representation of annular partial lighting saperturen of the lighting system of Fig. 1, which are set in a photo cleaning operating mode, and
Fig. 3 ein Flußdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Strahlungsbehandlung.3 shows a flow diagram of a method for radiation treatment according to the invention.
Fig. 1 zeigt ein Beleuchtungssystem für eine Mikrolithographieanlage, wie sie z.B. auch in der oben zitierten DE 195 20 563 A1 dargestellt und beschrieben ist, worauf für weitere Details verwiesen werden kann. Dieses Beleuchtungssystem umfasst einen Laser 1 , einen Strahlauf- weiter 14, ein erstes diffraktives optisches Rasterelement 9 und ein Zoom-Objektiv 2, in dessen Pupillenebene ein zweites diffraktives optisches Rasterelement 8 vorgesehen ist. Im Strahlverlauf hinter diesem Rasterelement 8 befindet sich eine Einkoppeloptik 4 zur Einkopplung des Lichts auf die Eintrittsfläche 5e eines Glasstabs 5. Unmittelbar nach der Austrittsfläche des Glasstabs 5a ist in einer Zwischenfeldebene eine verstellbare Feldblende 51 angebracht. Es folgt ein Objektiv 6 mit mehreren Linsengruppen 61 , 63, 65, einem Umlenkspiegel 64 und einer Pupillenebene 62, welches die Zwischenfeldebene auf eine Retikel- ebene 7 abbildet.1 shows an illumination system for a microlithography system, as is also shown and described, for example, in DE 195 20 563 A1 cited above, to which reference can be made for further details. This illumination system comprises a laser 1, a beam expander 14, a first diffractive optical raster element 9 and a zoom lens 2, in the pupil plane of which a second diffractive optical raster element 8 is provided. In the beam path behind this raster element 8 there is a coupling optic 4 for coupling of light onto the entry surface 5e of a glass rod 5. Immediately after the exit surface of the glass rod 5a, an adjustable field diaphragm 51 is attached in an intermediate field plane. This is followed by an objective 6 with a plurality of lens groups 61, 63, 65, a deflection mirror 64 and a pupil plane 62, which images the intermediate field plane on a reticle plane 7.
Im Zoom-Objektiv 2 ist ein Axicon-Paar 21 angeordnet. Dieses besteht aus zwei Linsen, welche beide jeweils eine konische Fläche aufweisen, wobei der konische Teil der ersten Linse konvex und der konische Teil der zweiten Linse konkav ausgeführt sind. Beide Linsen lassen sich so zusammenschieben, dass zwischen den konischen Flächen kein Spalt mehr bleibt. In dieser Stellung haben die konischen Flächen keine optische Wirkung, so dass das Axicon-Paar wie eine gewöhnliche Linse wirkt und das Objektiv 2 als reines Zoom-Objektiv verwendet werden kann, bei dem der Abbildungsmaßstab durch die Veränderung der Position der Linse 22 entlang der optischen Achse eingestellt wird. In diesem Fall liefert das Beleuchtungssystem eine konventionelle, kreisförmige Beleuchtung.An axicon pair 21 is arranged in the zoom lens 2. This consists of two lenses, each of which has a conical surface, the conical part of the first lens being convex and the conical part of the second lens being concave. Both lenses can be pushed together so that there is no gap between the conical surfaces. In this position, the conical surfaces have no optical effect, so that the axicon pair acts like an ordinary lens and the lens 2 can be used as a pure zoom lens, in which the imaging scale by changing the position of the lens 22 along the optical Axis is set. In this case, the lighting system provides conventional circular lighting.
Durch Verändern des Abstandes 21a der beiden konischen Axicon- Linsen 21 entlang der optischen Achse können diese zur Konzentration der eintrittsseitigen Strahlung in außeraxiale Ringbereiche verwendet werden, wobei die Größe des Ringbereichs, d.h. dessen Innen- und Außendurchmesser, durch Festlegung des Abstandes 21a eingestellt wird. Mit anderen Worten wird bei Einstellung eines von null verschiedenen Abstandes der beiden Axicon-Flächen die Strahlung hauptsächlich in die außeraxialen Ringbereiche der Lichtverteilung konzentriert, während im Zentrum der Lichtverteilung allenfalls ein Innenkreis der Beleuchtungsstrahlung mit nur noch geringer Lichtintensität verbleibt. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Strahlungsbehandlung kann folglich mit Hilfe des obigen Beleuchtungssystems auf einfache Weise realisiert werden, da dieses eine Konzentration des Beleuchtungslichts auf ringförmige Teilbereiche ermöglicht. Durch Verstellen der Teilbe- reichsaperturen mit den Axicon-Linsen 21 sowie der Zoom-Linse 22 lässt sich das Gesamtfeld eines nachgeordneten optischen Systems sukzessive strahlungsbehandelnd ausleuchten, wobei die ringförmigen Teilbereichsaperturen entweder durch einen stufenlos verstellbaren Ringbereich oder durch mehrere konzentrische Ringbereiche gebildet werden, die nacheinander mit einem Sicherheitsüberlapp durchgefahren werden. Insbesondere kann im Anwendungsfall einer Lithographiebelichtungsanlage ein auf dieses Beleuchtungssystem folgendes Projektionsobjektiv wirksam strahlungsbehandelnd ausgeleuchtet werden.By changing the distance 21a of the two conical axicon lenses 21 along the optical axis, they can be used to concentrate the radiation on the entrance side in off-axis ring areas, the size of the ring area, ie its inside and outside diameter, being set by specifying the distance 21a. In other words, when the distance between the two axicon surfaces is different from zero, the radiation is mainly concentrated in the off-axis ring regions of the light distribution, while an inner circle of the illuminating radiation with only low light intensity remains at most in the center of the light distribution. The method for radiation treatment according to the invention can consequently be implemented in a simple manner with the aid of the above illumination system, since this enables the illumination light to be concentrated on annular partial areas. By adjusting the partial area apertures with the Axicon lenses 21 and the zoom lens 22, the entire field of a downstream optical system can be illuminated successively with radiation treatment, the annular partial area apertures being formed either by an infinitely adjustable ring area or by several concentric ring areas, which are arranged one after the other with a safety overlap. In particular, in the application of a lithography exposure system, a projection lens following this illumination system can be effectively illuminated in a radiation-treating manner.
In Fig. 2 sind schematisch mehrere Teilbeleuchtungsaperturen gezeigt, wie sie bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden. Speziell sind dies ein innerer Kreisbereich Ai mit Radius R-t sowie vier konzentrische Ringbereiche A2, A3, A4, A5 mit Innenradius Rj-dRj und Außenradius Rj+i; i = 1 ,... , 4, wobei dRj einen vorgebbaren Sicherheitsüberlapp bezeichnet, der vorzugsweise sehr klein gegenüber Rj ist, so dass die Überlappungsfläche sehr viel kleiner als die jeweilige Ringfläche ist. Der Sicherheitsüberlapp dRj kann für die aufeinander folgenden Ringbereiche gleich oder alternativ unterschiedlich sein. Der Innenkreis A1 und die vier Ringbereiche A2 bis A5 decken zusammen das Gesamtbeleuchtungsfeld des zugehörigen optischen Systems ab, d.h. das gesamte, bei maximaler Aperturblendenöffnung der Beleuchtungsstrahlung ausgesetzte Volumen des optischen Systems wird sukzessive in den jeweiligen Teilbereichen bzw. Teilvolumina strahlungsbehandelt Im folgenden wird das Verfahren zur Strahlungsbehandlung anhand der Teilbereiche A1 bis A5 gemäß Fig. 2 erläutert, wobei es sich versteht, dass auch eine größere oder kleinere Anzahl von Teilbereichen möglich ist. Fig. 3 zeigt ein Flussdiagramm zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Zum Start des Verfahrens wird die Lithographiebelichtungsanlage von einem Normalbetriebsmodus in einen Strah- lungsbehandlungsmodus umgeschaltet (Schritt 10). Zu diesem Zweck kann ein eventuell vorhandenes Retikel aus der Belichtungsanlage entfernt werden. Dann wird als Teilbeleuchtungsapertur zunächst der Innenkreis Ai durch entsprechende Einstellung des Beleuchtungssystemobjektivs 2 ausgewählt (Schritt 11 ). Der Radius RΪ des Innen- kreises ist dabei der minimal mit dem Objektiv 2 einstellbare Radius. Das dem Beleuchtungssystem 6 nachfolgende optische System wird der Innenkreisbeleuchtungsstrahlung so lange ausgesetzt, bis die Strahlungsbehandlung zur Entfernung von Kontaminationen auf den optischen Komponenten und/oder einer Homogenisierung von deren Material- eigenschaften in dem vom Beleuchtungslicht beleuchteten Innenkreis- teilbereich Ai geführt hat.FIG. 2 schematically shows several partial lighting apertures as are used in one embodiment of the method according to the invention. Specifically, these are an inner circular area Ai with radius Rt and four concentric ring areas A 2 , A 3 , A 4 , A 5 with inner radius Rj-dRj and outer radius Rj + i; i = 1, ..., 4, where dRj denotes a predeterminable safety overlap, which is preferably very small compared to Rj, so that the overlap area is very much smaller than the respective ring area. The safety overlap dRj can be the same or alternatively different for the successive ring areas. The inner circle A1 and the four ring areas A 2 to A 5 together cover the overall illumination field of the associated optical system, i.e. the entire volume of the optical system exposed to the maximum radiation aperture opening is successively treated in the respective partial areas or partial volumes The method for radiation treatment is explained on the basis of subareas A 1 to A 5 according to FIG. 2, it being understood that a larger or smaller number of subareas is also possible. 3 shows a flowchart to illustrate the method according to the invention. At the start of the method, the lithography exposure system is switched from a normal operating mode to a radiation treatment mode (step 10). For this purpose, any reticle that may be present can be removed from the exposure system. Then the inner circle Ai is first selected as the partial lighting aperture by appropriate adjustment of the lighting system objective 2 (step 11). The radius R Ϊ of the inner circle is the minimally adjustable radius with the objective 2. The optical system following the illumination system 6 is exposed to the inner circle illumination radiation until the radiation treatment has led to the removal of contaminations on the optical components and / or a homogenization of their material properties in the inner circle part region Ai illuminated by the illumination light.
Bei einer ersten Ausführungsform des Verfahrens wird anschließend durch entsprechendes Verstellen der Linse 22 und des Axicon-Paares 21 des Beleuchtungssystemobjektives 2 der Ringbereich A2 mit Innenradius R1— dRi und Außenradius R2 eingestellt, d.h. der Innenradius wird um den Sicherheitsüberlapp dRi vermindert, um eine wirksame Strahlungsbehandlung auch am Übergang von Innenkreis Ai zum inneren Ringbereich A2 zu gewährleisten. Nach Einstellen des Ringbereiches A2 wird das optische System in diesem Bereich A2 strahlungsbehandelnd beleuchtet. Dann wird der nächste Ringbereich A3 ausgewählt. Diese Prozedur wird sukzessive für die konzentrisch radial nach außen folgenden Ringbereiche A3 bis A5 wiederholt, d.h. so lange, bis die Gesamtfläche des optischen Systems strahlungsbehandelnd ausge- leuchtet wurde. Die Ringbereiche A2 bis A5 werden dabei so gewählt, dass sie jeweils nur einen relativ schmalen annularen Bereich überdecken, in den die vom Laser 1 abgegebene Strahlung konzentriert wird, d.h. es lässt sich eine hohe Intensität des Beleuchtungslichts in jedem Ringbereich A2 bis A5 erzielen.In a first embodiment of the method, the ring region A 2 with the inner radius R 1 - dRi and the outer radius R 2 is then adjusted by correspondingly adjusting the lens 22 and the axicon pair 21 of the illumination system objective 2 , ie the inner radius is reduced by the safety overlap dRi to ensure effective radiation treatment also at the transition from the inner circle Ai to the inner ring area A 2 . After setting the ring area A 2 , the optical system in this area A2 is illuminated with radiation treatment. Then the next ring area A 3 is selected. This procedure is successively repeated for the ring regions A3 to A 5 which follow concentrically radially outwards, that is, until the entire surface of the optical system has been illuminated with radiation treatment. The ring areas A2 to A5 are chosen such that they each cover only a relatively narrow annular area in which the radiation emitted by the laser 1 is concentrated. ie a high intensity of the illuminating light can be achieved in each ring area A 2 to A5.
Bei einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird anschließend an den Innenkreis Ai ein Ringbereich mit Innenradius R-i-dRi und Außenradius R2 eingestellt, und dann wird bei eingeschaltetem Laser 1 durch Verschieben der Linse 22 und des Axicon-Paares 21 dieser Ringbereich stufenlos radial nach außen verschoben, bis dessen Außenrand den Radius R5, d.h. den Rand des gesamten Aperturfeldes erreicht hat. Die Geschwindigkeit der Verschiebung des Ringbereichs wird so gesteuert, dass eine wirksame Strahlungsbehandlung des nachfolgenden optischen Systems an jeder Stelle des gesamten Aperturfeldes gewährleistet ist. Auch bei dieser Ausführungsform des Verfahrens ist die Wahl eines möglichst kleinen annularen Bereichs von Vorteil, auf den die Beleuchtungsstrahlung konzentriert wird, da hierdurch die Lichtintensität und somit auch die Flächenenergiedichte auf den optischen Komponenten, welche der Strahlungsbehandlung unterzogen werden, gesteigert wird.In a second embodiment of the method according to the invention, a ring region with an inner radius Ri-dRi and an outer radius R 2 is then set to the inner circle Ai, and then, when the laser 1 is switched on, the ring region 22 and the axicon pair 21 are shifted radially outward in a stepless manner shifted until its outer edge has reached the radius R5, ie the edge of the entire aperture field. The speed of the displacement of the ring area is controlled in such a way that effective radiation treatment of the subsequent optical system is guaranteed at every point in the entire aperture field. In this embodiment of the method, too, it is advantageous to select an annular region which is as small as possible and on which the illuminating radiation is concentrated, since this increases the light intensity and thus also the surface energy density on the optical components which are subjected to the radiation treatment.
In beiden Varianten wird durch die Aperturverstellung und optional durch zusätzliche Verstellung der Strahlungsemissionsleistung der Lichtquelle 1 dafür gesorgt, dass im Innenkreis Ai und in den schrittweise eingestellten Ringbereichen A2 bis A5 bzw. im stufenlos verstellten Ringbereich die Flächenenergiedichte höher als 1μJ/cm2 ist. Dies gewährleistet eine wirksame Photoreinigung kontaminierter Oberflächen der Komponenten des optischen Systems, dem die Beleuchtungsstrahlung vom Beleuchtungssystem zugeführt wird. Besonders geeignet sind zur Photoreinigung Wellenlängen unterhalb von 200 nm, wie sie typisch in Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlagen zur Halbleiter- waferstrukturierung eingesetzt werden, die mit UV-Strahlung arbeiten. Nach abgeschlossener Strahlungsbehandlung wird der betreffende Betriebsmodus deaktiviert (Schritt 13), so dass das System wieder für den normalen Betrieb zur Verfügung steht.In both variants, the aperture adjustment and optionally the additional adjustment of the radiation emission power of the light source 1 ensure that the surface energy density is higher than 1μJ / cm 2 in the inner circle Ai and in the ring areas A 2 to A5, which are gradually adjusted, or in the continuously adjustable ring area. This ensures effective photo cleaning of contaminated surfaces of the components of the optical system to which the illuminating radiation is supplied by the illuminating system. Wavelengths below 200 nm, as are typically used in microlithography projection exposure systems for semiconductor wafer structuring, which work with UV radiation, are particularly suitable for photo cleaning. After the radiation treatment is completed, the person concerned Operating mode deactivated (step 13) so that the system is available again for normal operation.
Es versteht sich, dass verschiedene weitere Verfahrensvarianten zur oben beschriebenen, sukzessiven, Strahlungskonzentrierenden Ringaperturbeleuchtung zwecks Strahlungsbehandlung möglich sind. So können die verschiedenen Teilbeleuchtungsaperturen statt in der beschriebenen in einer beliebigen anderen Reihenfolge eingestellt werden. Des weiteren sind je nach Bedarf und verwendetem Beleuch- tungssystem andere Teilbeleuchtungsaperturformen statt des Innenkreises und der konzentrischen Ringbereiche anwendbar, welche zusammen den Gesamtbehandlungsbereich des zu behandelnden optischen Systems oder einen vorgebbaren Teil des Gesamtbehandlungsbereichs abdecken.It goes without saying that various further process variants for the successive, radiation-concentrating ring aperture illumination described above are possible for the purpose of radiation treatment. In this way, the different partial lighting apertures can be set in any other order instead of the one described. Furthermore, depending on the need and the lighting system used, other partial lighting aperture forms can be used instead of the inner circle and the concentric ring areas, which together cover the entire treatment area of the optical system to be treated or a predeterminable part of the overall treatment area.
Die Erfindung ist statt wie oben beschrieben für in Transmission arbeitende auch für in Reflexion arbeitende Systeme verwendbar. Speziell bei Lithographiesystemen, die im EUV-Wellenlängenbereich anstelle der oben beschriebenen transmittierenden Masken mit reflek- tierenden Masken arbeiten, wird dazu das Beleuchtungslicht auch zur Photoreinigung über ein reflektierendes Retikel in das Objektiv geleitet. Dieses Retikel kann einheitlich spiegelnd ausgelegt sein. In diesem Falle wird das Licht unmittelbar in der vom Beleuchtungssystem bereitgestellten Verteilung wirksam. Alternativ dazu können beugende Strukturen auf das Retikel aufgebracht sein, welche das einfallende Licht gezielt in der Pupille umverteilen und auf diese Weise zu einer weiteren Intensitätserhöhung in ausgewählten Gebieten auf Kosten anderer Bereiche führen.Instead of the transmission described above, the invention can also be used for reflection-working systems. Particularly in the case of lithography systems which work in the EUV wavelength range with reflective masks instead of the transmitting masks described above, the illuminating light is also guided into the objective for photo cleaning via a reflective reticle. This reticle can be designed to be uniformly reflective. In this case, the light is immediately effective in the distribution provided by the lighting system. As an alternative to this, diffractive structures can be applied to the reticle, which specifically redistribute the incident light in the pupil and in this way lead to a further increase in intensity in selected areas at the expense of other areas.
Wie aus den oben beschriebenen Ausführungsformen ersichtlich, ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine systematische, wirksame Strahlungsbehandlung eines optischen Systems. Es versteht sich, dass das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf die Behandlung von Projektionsobjektiven in Lithographiebelichtungsanlagen beschränkt ist, sondern dass mit ihm optische Systeme unterschiedlichster Art einer wirksamen Strahlungsbehandlung unterzogen werden können. Die erfindungsgemäße Strahlungsbehandlung in sukzessiv in einer beliebig vorgebbaren Reihenfolge beleuchteten Teilbereichen des Gesamtbehandlungsbereichs kann insbesondere eine Photoreinigung und/oder eine vollständige oder wenigstens teilweise Beseitigung von beleuchtungsbedingten Materialinhomogenitäten der optischen Systemkompo- nenten, aber auch beliebige andere herkömmliche Strahlungsbehand- lungszwecke umfassen. Dazu werden die Behandlungsparameter jeweils geeignet gewählt, insbesondere die Anzahl und Form der Teilbeleuchtungsaperturen, die Bestrahlungsdauer, die Strahlungswellenlänge und die Strahlungsenergiedichte. As can be seen from the embodiments described above, the method according to the invention enables systematic, effective radiation treatment of an optical system. It goes without saying that the method according to the invention is not limited to the treatment of projection objectives in lithography exposure systems, but that optical systems of various types can be subjected to an effective radiation treatment with it. The radiation treatment according to the invention in partial areas of the overall treatment area that are illuminated successively in any order that can be predetermined can include, in particular, photo cleaning and / or complete or at least partial elimination of lighting-related material inhomogeneities of the optical system components, but also any other conventional radiation treatment purposes. For this purpose, the treatment parameters are selected in a suitable manner, in particular the number and shape of the partial lighting apertures, the radiation duration, the radiation wavelength and the radiation energy density.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Behandlung eines optischen Systems mit Strahlung eines vorgeschalteten Beleuchtungssystems, dadurch gekennzeichnet, dass nacheinander verschiedene Teilbeleuchtungsaperturen (Aι , A2, A3, A4, A5) des Beleuchtungssystems eingestellt werden, die jeweils nur einen Teilbereich eines Gesamtbehandlungsbereichs des optischen Systems strahlungsbehandelnd beleuchten, wobei sich die nacheinander strahlungsbehandelnd beleuchteten Teilbereiche zum Gesamtbehandlungsbereich des optischen Systems ergänzen.1. A method for treating an optical system with radiation from an upstream lighting system, characterized in that different partial lighting apertures (A 1, A 2 , A 3 , A 4 , A 5 ) of the lighting system are set in succession, each of which only covers a partial area of an overall treatment area of the optical Illuminate the system in a radiation-treating manner, with the successively illuminated partial areas complementing one another to form the overall treatment area of the optical system.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als nacheinander strahlungsbehandelnd beleuchtete Teilbereiche ein Innenkreis (A und mehrere konzentrisch um den Innenkreis angeordnete Ringbereiche (A2, A3, A4, A5) oder ein Innenkreis und ein sich an diesen anschließender Ringbereich mit stufenlos verstellbarem Radius gewählt werden.2. The method according to claim 1, characterized in that as successively radiation-illuminated partial areas, an inner circle (A and several concentrically arranged around the inner circle ring areas (A 2 , A 3 , A 4 , A 5 ) or an inner circle and an adjoining these Ring area with infinitely adjustable radius can be selected.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilbeleuchtungsaperturen bei Verwendung der mehreren konzentrischen Ringbereiche so eingestellt werden, dass jeweils benachbarte konzentrische Ringbereiche eine radiale Überlappung aufweisen.3. The method according to claim 2, characterized in that the partial lighting apertures are set when using the plurality of concentric ring areas so that adjacent concentric ring areas each have a radial overlap.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die von einer Strahlungsquelle des Beleuchtungssystems gelieferte Strahlung auf die jeweilige Teilbeleuchtungsapertur konzentriert wird. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the radiation supplied by a radiation source of the lighting system is concentrated on the respective partial lighting aperture.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiedichte der Strahlung des Beleuchtungssystems in jedem strahlungsbehandelnd ausgeleuchteten Teilbereich auf mehr als 1 μJ/cm2 eingestellt wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the energy density of the radiation of the lighting system is set to more than 1 μJ / cm 2 in each partial area illuminated by radiation treatment.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zu behandelnde optische System das Projektionsobjektiv einer Lithographiebelichtungsanlage ist.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the optical system to be treated is the projection lens of a lithography exposure system.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Teilbeleuchtungsaperturen für die Strahlungsbehandlung solche gewählt werden, die von einem Beleuchtungssystem einstellbar sind, welches auch in einem Normalbetriebsmodus zur Bereitstellung von Beleuchtungsstrahlung für das optische System verwendet wird. 7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that those selected as partial lighting apertures for the radiation treatment are those which can be set by an illumination system which is also used in a normal operating mode to provide illuminating radiation for the optical system.
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