WO2019228765A1 - Verfahren sowie vorrichtung zum bestimmen des erwärmungszustandes eines spiegels in einem optischen system - Google Patents

Verfahren sowie vorrichtung zum bestimmen des erwärmungszustandes eines spiegels in einem optischen system Download PDF

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Willem Michiel De Rapper
Toralf Gruner
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Carl Zeiss Smt Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method and a device for determining the heating state of a mirror in an optical system, in particular in a microlithographic projection exposure apparatus.
  • Microlithography is used to fabricate microstructured devices such as integrated circuits or LCDs.
  • the microlithography process is carried out in a so-called projection exposure apparatus, which has an illumination device and a projection objective.
  • a substrate eg a silicon wafer
  • photosensitive layer photoresist
  • mirrors are used as optical components for the imaging process because of the lack of availability of suitable light-transmissive refractive materials.
  • EUV levels inter alia due to absorption of the radiation emitted by the EUV light source, undergo heating and a concomitant thermal expansion or deformation, which in turn results in an impairment of the imaging properties of the optical system may have.
  • an ultra-low-expansion material e.g. a titanium silicate glass sold under the name ULE TM by the company Corning Inc.
  • ULE TM titanium silicate glass sold under the name ULE TM
  • the thermal expansion coefficient in its temperature dependence on a zero crossing in whose environment no or only a negligible thermal expansion of the substrate material takes place.
  • an EUV level in the operation of the microlithographic projection exposure apparatus is exposed to changing intensities of the incident electromagnetic radiation, both in terms of location, for example due to the use of illumination settings with the optical effective area of the respective EUV.
  • preheaters eg, based on infrared radiation. With such preheaters, active mirror heating can take place in phases of comparatively low absorption of useful EUV radiation, with this active mirror heating correspondingly being reduced with increasing absorption of the EUV useful radiation.
  • a control of the operation of such preheaters carried out with the aim of maintaining as constant a mirror temperature as possible requires the knowledge of the respective radiant power incident on the relevant mirror, so that the preheating power can be adjusted accordingly.
  • Flierzu to find in addition to installation space not always practical infrared cameras
  • Temperature sensors use which can typically be mounted on the back of the mirror at the appropriate distance to the optical effective surface of the respective mirror.
  • a method for determining the heating state of an optical element in an optical system, in particular in a microlithographic projection exposure apparatus comprises the following steps:
  • the invention is based on the concept of estimating a sought-after temperature of an optical element such as e.g. a mirror (in particular an average surface temperature of the mirror) using the temperature values measured by at least one temperature sensor at another position of the optical element not only to use these (absolute) temperature values, but also to take into account the temporal gradient of the measured temperature values.
  • an optical element such as e.g. a mirror (in particular an average surface temperature of the mirror) using the temperature values measured by at least one temperature sensor at another position of the optical element not only to use these (absolute) temperature values, but also to take into account the temporal gradient of the measured temperature values.
  • This approach is based on the consideration that, in an exemplary scenario in which a temperature change sensor arranged at a distance from the optical effective area of a mirror has a rapid time change of Temperature values is measured, this measurement suggests that at the impact surface or the optical effective surface of the mirror already a significant heat input has taken place and thus the assumption of a correspondingly increased value for the desired mean surface temperature - and, if appropriate, the adjustment of these Target temperature adjusting regulator - is justified.
  • the invention also includes the concept, for example, in the regulation of the preheating power of a preheater with the aim of maintaining a temporally constant average mirror temperature and avoiding mirror deformations and associated aberrations on the basis of sensor-based measured temperature values
  • sensor-supported measured absolute temperature values to be used as a control input variable, but at least also to take into account the (at least first) time derivative of the measured temperature.
  • the estimation is carried out of at least one value of the second temperature (ie, the determination of the "forecast temperature” ' ⁇ prediction (0) in consideration of time in the past determined Changes in the sensor-supported measured values (ie the "sensor temperature” T sensor (t)).
  • the predictive temperature determined according to the invention can also be used as an input signal for a different control of at least one parameter characterizing the optical element (for example the mirror) and / or the respective optical system.
  • the actuation of actuators of a deformable mirror to compensate for a corresponding thermally induced mirror deformation or the control of other degrees of freedom in the optical system eg control of substrate and / or reticle to account for any lateral displacements of the optical beam path in the substrate and / or reticle plane).
  • the invention has the further advantage that the prediction according to the invention, for example of the mirror temperature in different phases of the lithography process, may be an actual field-dependent measurement of aberrations of the optical system either dispensable or only in a longer time. distances required with the result that ultimately an increase in the throughput achieved in lithography operation can be achieved.
  • the inventive determination or prediction of the mirror temperature can namely be used with additional use of further known information about the respective concrete optical system for predicting a wavefront change in the operation of the optical system, which in turn appropriately controlled or moved in the system suitable correction means or actuators can be.
  • the second position is located on an impact surface of the optical element for electromagnetic radiation incident during operation of the optical system.
  • the first position is located on a side of the optical element facing away from this landing surface.
  • the second position is located in an access channel, which extends from a side of the optical element facing away from the incident surface into the optical element.
  • the estimation of the at least one value of the second temperature is further carried out taking into account changes of the previously measured values determined in the past.
  • the estimated second temperature is used as an input signal for a control of at least one parameter characterizing the optical element and / or the optical system.
  • a preheating of the optical element is controlled for the at least partial compensation of changes in the heating state of the optical element occurring during operation of the optical system.
  • the optical element is a mirror.
  • the optical element is designed for a working wavelength of less than 30 nm, in particular less than 15 nm.
  • the steps described above are performed during the operation of the microlithographic projection exposure apparatus.
  • the invention further relates to a device for determining the heating state of a mirror in an optical system, in particular in a micro-lithographic projection exposure apparatus, the device being designed for carrying out a method having the features described above.
  • a device for determining the heating state of a mirror in an optical system in particular in a micro-lithographic projection exposure apparatus, the device being designed for carrying out a method having the features described above.
  • advantages and preferred embodiments of the device is referred to the o.g. Embodiments relating to the inventive method reference.
  • Figure 1 is a schematic representation of the possible structure of a designed for operation in the EUV microlithographic projection exposure apparatus
  • Figure 2 is a schematic representation for explaining the possible structure of a mirror, in which the inventive method can be realized.
  • FIGS. 3-4 show diagrams for demonstrating exemplary improvements of the prediction quality which can be achieved with a method according to the invention in determining the thermal state of a mirror.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a projection exposure apparatus 100 designed for operation in the EUV, in which the invention can be realized, for example.
  • a lighting device of the projection exposure apparatus 100 has a field facet mirror 103 and a pupil facet mirror 104.
  • the light of a light source unit which in the example comprises an EUV light source (plasma light source) 101 and a collector mirror 102, is directed onto the field facet mirror 103.
  • a first telescope mirror 105 and a second telescope mirror 106 are arranged in the light path after the pupil facet mirror 104.
  • a deflecting mirror 107 which directs the radiation impinging on an object field in the object plane of a projection objective comprising six mirrors 121 -126, is arranged downstream of the light path.
  • a reflective structure-carrying mask 131 is arranged on a mask table 130, which is imaged with the aid of the projection lens into an image plane in which a photosensitive layer (photoresist) coated substrate 141 is located on a wafer table 140.
  • the method according to the invention for determining the heating state of an optical element can, for example, be applied to any mirror of the microlithographic projection exposure apparatus of FIG. 1.
  • FIG. 2 shows, in a merely schematic and highly simplified representation, the possible structure of a mirror with a (for example ULE TM manufactured) mirror substrate 210 and a (eg an alternating sequence of molybdenum (Mo) - and silicon (Si) - Layers) reflective layer system 205, wherein the optical effective area of the mirror is denoted by "201".
  • a mirror substrate 210 for example ULE TM manufactured
  • Mo molybdenum
  • Si silicon
  • the electromagnetic radiation incident on the optical active surface or impact surface 201 (indicated by the arrow in FIG. 2) is partially absorbed and, as explained at the outset, leads to heating and a concomitant thermal expansion or deformation, which in turn may result in a deterioration of the imaging properties of the optical system.
  • a temperature sensor 220 is located in a bore introduced from mirror back into mirror substrate 210 as access channel 211.
  • T sensor (J) the temperature measured with this temperature sensor 220
  • T real t) actual mean surface temperature leading to surface deformation and T prediction (t) that temperature which is assumed based on the sensor signal of the temperature sensor 220 and can serve for example for controlling a preheater.
  • T prediction (t) the temperature which is assumed based on the sensor signal of the temperature sensor 220 and can serve for example for controlling a preheater.
  • an active mirror heating can take place via such a preheater. heating is reduced accordingly with increasing absorption of the EUV useful radiation.
  • a determination of the prediction temperature ⁇ prediction (not directly from the temperature T sensor (t) measured by the temperature sensor 220, but with additional consideration of the temporal change of this temperature ( 9Ts ⁇ sor ) takes place.
  • the following approach to the prediction temperature may be chosen:
  • equation (1) for a suitable choice of the (fit) parameters p and q in a measurement or calibration stand, both the temperature (sensor temperature) measured with the temperature sensor 220 and the temperature present at the optical effective surface 201 of the mirror (as Value for the prediction temperature, eg using an infrared camera). Then, for the parameters p and q, those values can be used for which equation (1) best describes the results or value pairs T prediction , T sensor ).
  • the determination of pairs of values for the suitable determination of the parameters p, q in equation (1) can also take place on the basis of a simulation (for example an FE simulation).
  • the invention is not limited to the above approach according to equation (1) for the functional relationship between the temperature T sensor (t) measured by the temperature sensor 220 and the prediction temperature T prediction (t).
  • other approaches or functional relationships, in which the temporal change of the temperature values measured by the temperature sensor 220 is taken into account are also selected become.
  • the following (integral) approach can be chosen:
  • equation (2) the value of the temporal gradient of the temperature T sensor measured by the surface sensor 220 is applied at time t (as integration variable).
  • equation (2) the previous time profile of the temporal gradient of the temperature T sensor measured with the temperature sensor 220 is summed up.
  • a denotes a further parameter which exists in addition to the parameters p, q in equation (2), which describes the "forgetting" in each case of previous contributions in the sense of a decay constant.
  • equation (2) taking into account the previous time progression of the temporal gradient of T Sensor makes it possible to take into account the (eg exponential) time course of the temperature via the additional information provided in this respect and, for example, the presence of a comparatively steep rise by correspondingly strong readjustment (in the sense of an overcontrol).
  • FIGS. 3a-3b serve to demonstrate the improvement of the prediction quality achievable in the method according to the invention on the basis of a simplified model for the temporal course of the temperature.
  • Curve “A” describes the time course of the temperature at the optical active surface 201 or the mirror surface
  • curve “B” the time course of the present in the mirror material in 10mm depth temperature
  • curve “C” the time course of that temperature according to the invention on the basis both of the relevant "depth information” (ie, for example, the absolute temperature measured with a corresponding temperature sensor in the relevant depth), and the “correction contribution” (ie the temporal change of this sensor-based measured in depth depth) is taken into account.
  • the curve "C” obtained on the basis of the correction contribution according to the invention describes the actual temperature at the mirror surface according to curve "A” much better than curve "B", especially in the "initial phase". Furthermore, the reduced diagram in FIG. 3b shows, over a larger time range, that also the curve "C” ultimately converges to the correct temperature value.
  • FIG. 4 shows a diagram for illustrating a further improvement of the prediction quality possible according to the invention with additional consideration of the "history”, e.g. using the approach described above with reference to equation (2).
  • curve “D” describes the time profile of the temperature error or the deviation of the temperature predicted from the sensor signal of temperature sensor 220 alone from the temperature actually present at the mirror surface.
  • Curve “E” describes the time course of the corresponding temperature error when determining the prediction temperature in accordance with the temporal gradient of the sensor signal (eg according to equation (1)), and curve “F” describes the time course of the corresponding temperature error with additional consideration of the “history "When determining the prediction temperature eg according to the approach of equation (2).

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Bestimmen des Erwärmungszustandes eines Spiegels in einem optischen System, insbesondere in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage. Ein Verfahren zum Bestimmen des Erwärmungszustandes eines optischen Elements weist folgende Schritte auf: Messen, unter Verwendung eines Temperatursensors (220), von Werten einer ersten Temperatur, welches das optische Element an einer ersten Position aufweist, und Abschätzen, auf Basis der gemessenen Werte, einer zweiten Temperatur, welche das optische Element an einer von der ersten Position entfernten zweiten Position aufweist, wobei das Abschätzen der zweiten Temperatur unter Berücksichtigung einer zeitlichen Änderung der zuvor gemessenen Werte erfolgt.

Description

Verfahren sowie Vorrichtung
zum Bestimmen des Erwärmunqszustandes eines Spiegels in einem optischen System
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der Deutschen Patent- anmeldung DE 10 2018 208 653.2, angemeldet am 30. Mai 2018. Der Inhalt dieser DE-Anmeldung wird durch Bezugnahme („incorporation by reference“) mit in den vorliegenden Anmeldungstext aufgenommen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Bestimmen des Erwärmungszustandes eines Spiegels in einem optischen System, insbesondere in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.
Stand der Technik
Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie bei- spielsweise integrierter Schaltkreise oder LCD’s, angewendet. Der Mikrolitho- graphieprozess wird in einer sogenannten Projektionsbelichtungsanlage durchge- führt, welche eine Beleuchtungseinrichtung und ein Projektionsobjektiv aufweist. Das Bild einer mittels der Beleuchtungseinrichtung beleuchteten Maske (= Retikel) wird hierbei mittels des Projektionsobjektivs auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes und in der Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnetes Substrat (z.B. ein Siliziumwafer) projiziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen. In für den EUV-Bereich ausgelegten Projektionsobjektiven, d.h. bei Wellenlängen von z.B. etwa 13 nm oder etwa 7 nm, werden mangels Verfügbarkeit geeigneter lichtdurchlässiger refraktiver Materialien Spiegel als optische Komponenten für den Abbildungsprozess verwendet. Ein in der Praxis auftretendes Problem ist, dass die EUV-Spiegel u.a. infolge Absorption der von der EUV-Lichtquelle emittierten Strahlung eine Erwärmung und eine damit einhergehende thermische Ausdehnung bzw. Deformation erfahren, welche wiederum eine Beeinträchtigung der Abbildungs- eigenschaften des optischen Systems zur Folge haben kann.
Zur Berücksichtigung dieses Effekts ist es u.a. bekannt, als Spiegelsubstratmaterial ein Material mit ultraniedriger thermischer Expansion („Ultra-Low-Expansion- Material“), z.B. ein unter der Bezeichnung ULE™ von der Firma Corning Inc. vertrie- benes Titanium-Silicatglas, zu verwenden und in einem der optischen Wirkfläche nahen Bereich die sogenannte Nulldurchgangstemperatur (= „Zero-Crossing- Temperatur“) einzustellen. Bei dieser Zero-Crossing-Temperatur, welche z.B. für ULE™ bei etwa &= 30°C liegt, weist der thermische Ausdehnungskoeffizient in seiner Temperaturabhängigkeit einen Nulldurchgang auf, in dessen Umgebung keine oder nur eine vernachlässigbare thermische Ausdehnung des Spiegel- substratmaterials erfolgt.
Hierbei tritt jedoch in der Praxis das Problem auf, dass ein EUV-Spiegel im Betrieb der mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage wechselnden Intensitäten der auftreffenden elektromagnetischen Strahlung ausgesetzt ist, und zwar sowohl in örtlicher Hinsicht z.B. aufgrund der Verwendung von Beleuchtungssettings mit über die optische Wirkfläche des jeweiligen EUV-Spielgels variierender Intensität, als auch in zeitlicher Hinsicht, wobei sich der betreffende EUV-Spiegel insbesondere zu Beginn des mikrolithographischen Belichtungsprozesses typischerweise von einer vergleichsweise niedrigeren Temperatur auf seine im Lithographieprozess erreichte Betriebstemperatur aufheizt. Ein Ansatz zur Überwindung des vorstehend beschriebenen Problems und insbe- sondere zur Vermeidung von durch variierende Wärmeeinträge in einen EUV- Spiegel verursachten Oberflächendeformationen und damit einhergehenden optischen Aberrationen beinhaltet den Einsatz von Vorheizern z.B. auf Basis von Infrarotstrahlung. Mit solchen Vorheizern kann in Phasen vergleichsweise geringer Absorption von EUV-Nutzstrahlung eine aktive Spiegelerwärmung erfolgen, wobei diese aktive Spiegelerwärmung mit steigender Absorption der EUV-Nutzstrahlung entsprechend zurückgefahren wird.
Eine mit dem Ziel der Aufrechterhaltung einer möglichst konstanten Spiegeltempera- tur (typischerweise der o.g. Nulldurchgangstemperatur) durchgeführte Regelung des Betriebs solcher Vorheizer erfordert die Kenntnis der jeweils auf dem betreffenden Spiegel auftreffenden Strahlungsleistung, damit die Vorheizleistung entsprechend angepasst werden kann. Flierzu finden (neben aus Bauraumgründen nicht immer praktikablen Infrarotkameras) Temperatursensoren Einsatz, welche typischerweise auf der Spiegelrückseite in gebotenem Abstand zur optischen Wirkfläche des jewei- ligen Spiegels angebracht werden können.
Hierbei tritt jedoch in der Praxis das weitere Problem auf, dass die mit derartigen Temperatursensoren gemessenen Temperaturwerte aufgrund der im Spiegel- substratmaterial überwiegend bereits oberflächennah in Eindringtiefen von wenigen Mikrometern erfolgenden Strahlungsabsorption nicht hinreichend repräsentativ für die letztlich zur Oberflächendeformation führende Temperatur ist mit der Folge, dass eine allein auf der von den Temperatursensoren gemessenen Temperatur basieren- de Regelung gegebenenfalls zu spät reagiert und eine adäquate Anpassung der Vorheizleistung nicht gegeben ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren sowie eine Vorrich- tung zum Bestimmen des Erwärmungszustandes eines Spiegels in einem optischen System, insbesondere in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, bereitzustellen, welche eine zuverlässigere temperatursensorbasierte Charakterisie- rung des Erwärmungszustandes ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 sowie die Vorrichtung gemäß den Merkmalen des nebengeord- neten Patentanspruchs 11 gelöst.
Ein Verfahren zum Bestimmen des Erwärmungszustandes eines optischen Elements in einem optischen System, insbesondere in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, weist folgende Schritte auf:
- Messen, unter Verwendung eines Temperatursensors, von Werten einer ersten Temperatur, welches das optische Element an einer ersten Position aufweist, und
- Abschätzen, auf Basis der gemessenen Werte, einer zweiten Temperatur, welche das optische Element an einer von der ersten Position entfernten zweiten Position aufweist,
- wobei das Abschätzen der zweiten Temperatur unter Berücksichtigung einer zeitlichen Änderung der zuvor gemessenen Werte erfolgt.
Der Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, zur Abschätzung einer gesuchten Temperatur eines optischen Elements wie z.B. eines Spiegels (insbeson- dere einer mittleren Oberflächentemperatur des Spiegels) unter Verwendung der von wenigstens einem Temperatursensor an einer anderen Position des optischen Elements gemessenen Temperaturwerte nicht nur diese (absoluten) Temperatur- werte heranzuziehen, sondern auch den zeitlichen Gradienten der gemessenen Temperaturwerte zu berücksichtigen.
Diesem Ansatz liegt die Überlegung zugrunde, dass in einem beispielhaften Szena- rio, in welchem mit einem von einem entfernt von der optischen Wirkfläche eines Spiegels angeordneten Temperatursensor eine schnelle zeitliche Änderung von Temperaturwerten gemessen wird, diese Messung darauf schließen lässt, dass an der Auftrefffläche bzw. der optischen Wirkfläche des Spiegels bereits ein erheblicher Wärmeeintrag stattgefunden hat und damit auch die Annahme eines entsprechend erhöhten Wertes für die gesuchte mittlere Oberflächentemperatur - sowie gegebe- nenfalls die Anpassung einer diese Zieltemperatur einstellenden Reglers - gerecht- fertigt ist.
Dabei beinhaltet die Erfindung auch das Konzept, etwa bei der Regelung der Vor- heizleistung eines Vorheizers mit dem Ziel der Aufrechterhaltung einer zeitlich möglichst konstanten mittleren Spiegeltemperatur und der Vermeidung von Spiegel- deformationen und damit einhergehenden Aberrationen auf Basis von sensor- gestützt gemessenen Temperaturwerten nicht nur diese sensorgestützt gemesse- nen absoluten Temperaturwerte als Regelungseingangsgröße zu verwenden, sondern zumindest auch die (zumindest erste) zeitliche Ableitung der gemessenen Temperatur zu berücksichtigen.
Die erfindungsgemäße Berücksichtigung der zeitlichen Ableitung der sensorgestützt gemessenen Temperatur (im Weiteren auch als „Sensortemperatur“ TSensor bezeichnet) bei der Ermittlung der vermuteten bzw. vorhergesagten Temperatur (im Weiteren auch als„Vorhersagetemperatur“ TVorhersage(J) bezeichnet), welche dann gegebenenfalls als Regelungseingangsgröße eines Vorheizers o. dgl. verwendet wird, kann hierbei unter Zugrundelegung unterschiedlicher funktionaler Zusammen- hänge zwischen Vorhersagetemperatur TVorhersage(J) und der sensorgestützt gemessener Temperatur TSensor(t ) erfolgen: Ein beispielhafter Ansatz lautet z.B.
Figure imgf000007_0001
wobei p und q in beliebiger Weise geeignet anpassbare Parameter darstellen.
In Ausführungsformen der Erfindung erfolgt das Abschätzen des wenigstens einen Wertes der zweiten Temperatur (d.h. die Ermittlung der„Vorhersagetemperatur“ '^Vorhersage (0) unter Berücksichtigung von in der Vergangenheit ermittelten zeit- liehen Änderungen der sensorgestützt gemessenen Werte (d.h. der „Sensor- temperatur“ TSensor(t )).
Diesem Ansatz liegt die weitere Überlegung zugrunde, dass eine solche Berücksich- tigung der„Historie“ ergänzend zur Berücksichtigung des jeweils aktuellen zeitlichen Temperaturgradienten aufgrund der zusätzlich genutzten Information eine noch zu- verlässigere Ermittlung der gesuchten Vorhersagetemperatur TVorhersage(t ) bzw. eine noch besser angepasste Regelung z.B. eines Vorheizers ermöglicht. Insbeson- dere kann auf diese Weise nämlich berücksichtigt werden, ob die erfindungsgemäß festgestellte und berücksichtigte zeitliche Änderung der Sensortemperatur gerade in einem über die Zeit vergleichsweise steilen Temperaturverlauf (aufgrund bereits in der Vergangenheit stark angestiegener zeitlicher Gradienten der Sensortemperatur) stattfindet und somit z.B. eine noch stärkere Nachregelung eines Vorheizers erfor- dert.
Wenngleich in den vorstehenden Ausführungen jeweils auf die Regelung eines Vor- heizers als beispielhafte Anwendung für die erfindungsgemäß ermittelte Vorher- sagetemperatur Bezug genommen wurde, ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt. So kann in weiteren Ausführungsformen die erfindungsgemäß ermittelte Vorher- sagetemperatur auch als Eingangssignal für eine andere Regelung wenigstens eines das optische Element (z.B. den Spiegel) und/oder das jeweilige optische Sys- tem charakterisierenden Parameters verwendet werden. Lediglich beispielhaft ge- nannt seien hier die Ansteuerung von Aktoren eines deformierbaren Spiegels zwecks Kompensation einer entsprechend thermisch induzierten Spiegeldeformation oder die Regelung anderer Freiheitsgrade im optischen System (z.B. Ansteuerung von Substrat- und/oder Retikeltisch zur Berücksichtigung etwaiger lateraler Ver- schiebungen des optischen Strahlengangs in der Substrat- und/oder Retikelebene).
Die Erfindung hat hierbei den weiteren Vorteil, dass die erfindungsgemäße Vorher- sage z.B. der Spiegeltemperatur in unterschiedlichen Phasen des Lithographie- prozesses gegebenenfalls eine tatsächliche feldabhängige Messung von Aberratio- nen des optischen Systems entweder entbehrlich oder nur noch in größeren Zeit- abständen erforderlich macht mit der Folge, dass letztlich eine Erhöhung des im Lithographiebetrieb erzielten Durchsatzes erreicht werden kann. Die erfindungsge- mäße Ermittlung bzw. Vorhersage der Spiegeltemperatur kann nämlich unter zusätzlicher Heranziehung weiterer bekannter Informationen über das jeweilige konkrete optische System zur Vorhersage einer Wellenfrontänderung im Betrieb des optischen Systems genutzt werden, womit wiederum geeignete Korrekturmittel bzw. Aktoren im System entsprechend angesteuert bzw. verfahren werden können.
Gemäß einer Ausführungsform befindet sich die zweite Position an einer Auftreff- fläche des optischen Elements für im Betrieb des optischen Systems auftreffende elektromagnetische Strahlung.
Gemäß einer Ausführungsform befindet sich die erste Position an einer dieser Auftrefffläche abgewandten Seite des optischen Elements.
Gemäß einer Ausführungsform befindet sich die zweite Position in einem Zugangs- kanal, welcher sich von einer der Auftrefffläche abgewandten Seite des optischen Elements in das optische Element erstreckt.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Abschätzen des wenigstens einen Wertes der zweiten Temperatur ferner unter Berücksichtigung von in der Vergangenheit ermittelten zeitlichen Änderungen der zuvor gemessenen Werte.
Gemäß einer Ausführungsform wird die abgeschätzte zweite Temperatur als Ein- gangssignal für eine Regelung wenigstens eines das optische Element und/oder das optische System charakterisierenden Parameters verwendet.
Gemäß einer Ausführungsform wird auf Basis der abgeschätzten zweiten Tempera- tur eine Vorheizung des optischen Elements zur wenigstens teilweisen Kompen- sation von im Betrieb des optischen Systems auftretenden zeitlichen Änderungen des Erwärmungszustandes des optischen Elements angesteuert. Gemäß einer Ausführungsform ist das optische Element ein Spiegel.
Gemäß einer Ausführungsform ist das optische Element für eine Arbeitswellenlänge von weniger als 30nm, insbesondere weniger als 15nm, ausgelegt.
Gemäß einer Ausführungsform werden die vorstehend beschriebenen Schritte während des Betriebs der mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage durchgeführt.
Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zur Bestimmung des Erwärmungs- zustandes eines Spiegels in einem optischen System, insbesondere in einer mikro- lithographischen Projektionsbelichtungsanlage, wobei die Vorrichtung zur Durch- führung eines Verfahrens mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen ausgestal- tet ist. Zu Vorteilen und bevorzugten Ausgestaltungen der Vorrichtung wird auf die o.g. Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Bezug genommen.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unter- ansprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen darge- stellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung des möglichen Aufbaus einer für den Betrieb im EUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage; Figur 2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des möglichen Aufbaus eines Spiegels, bei welchem das erfindungsgemäße Verfahren realisiert werden kann; und
Figuren 3-4 Diagramme zur Demonstration beispielhafter, mit einem erfindungsgemäßen Verfahren erzielbarer Verbesserungen der Vorhersagequalität bei der Ermittlung des thermischen Zustandes eines Spiegels.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFUHRUNGSFORMEN
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer für den Betrieb im EUV ausgeleg- ten Projektionsbelichtungsanlage 100, in der die Erfindung beispielsweise realisier- bar ist.
Gemäß Fig. 1 weist eine Beleuchtungseinrichtung der Projektionsbelichtungsanlage 100 einen Feldfacettenspiegel 103 und einen Pupillenfacettenspiegel 104 auf. Auf den Feldfacettenspiegel 103 wird das Licht einer Lichtquelleneinheit, welche im Beispiel eine EUV-Lichtquelle (Plasmalichtquelle) 101 und einen Kollektorspiegel 102 umfasst, gelenkt. Im Lichtweg nach dem Pupillenfacettenspiegel 104 sind ein erster Teleskopspiegel 105 und ein zweiter Teleskopspiegel 106 angeordnet. Im Lichtweg nachfolgend ist ein Umlenkspiegel 107 angeordnet, der die auf ihn treffen- de Strahlung auf ein Objektfeld in der Objektebene eines sechs Spiegel 121 -126 umfassenden Projektionsobjektivs lenkt. Am Ort des Objektfeldes ist eine reflektive strukturtragende Maske 131 auf einem Maskentisch 130 angeordnet, die mit Hilfe des Projektionsobjektivs in eine Bildebene abgebildet wird, in welcher sich ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes Substrat 141 auf einem Wafertisch 140 befindet. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Bestimmen des Erwärmungszustandes eines optischen Elements kann z.B. auf einen beliebigen Spiegel der mikrolitho- graphischen Projektionsbelichtungsanlage von Fig. 1 angewendet werden.
Fig. 2 zeigt in lediglich schematischer und stark vereinfachter Darstellung den mögli- chen Aufbau eines Spiegels mit einem (z.B. aus ULE™ hergestellten) Spiegel- substrat 210 und einem (z.B. eine alternierende Abfolge von Molybdän (Mo)- und Silizium (Si)-Schichten aufweisenden) Reflexionsschichtssystem 205, wobei die optische Wirkfläche des Spiegels mit„201“ bezeichnet ist.
Im Betrieb des optischen Systems bzw. der mikrolithographischen Projektionsbelich- tungsanlage wird die auf die optische Wirkfläche bzw. Auftrefffläche 201 auftreffende elektromagnetische Strahlung (durch den Pfeil in Fig. 2 angedeutet) zum Teil absor- biert und führt wie eingangs erläutert zu einer Erwärmung und einer damit einher- gehenden thermischen Ausdehnung bzw. Deformation, welche wiederum eine Beeinträchtigung der Abbildungseigenschaften des optischen Systems zur Folge haben kann.
Im Weiteren wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 2 bis Fig. 4 ein erfindungs- gemäßes Verfahren beschrieben, um den Erwärmungszustand des betreffenden Spiegels entsprechend abzuschätzen und gegebenenfalls geeignete Korrekturmittel (wie z.B. eingangs beschriebene Vorheizer) entsprechend anzusteuern.
Gemäß Fig. 2 befindet sich in einer von der Spiegelrückseite her in das Spiegelsub- strat 210 als Zugangskanal 211 eingebrachten Bohrung ein Temperatursensor 220. Im Folgenden ist mit TSensor(J) die mit diesem Temperatursensor 220 gemessene Temperatur, mit Treal t) die tatsächlich zur Oberflächendeformation führende mittle- re Spiegeltemperatur und mit TVorhersage(t ) jene Temperatur bezeichnet, die ausge- hend von dem Sensorsignal des Temperatursensors 220 vermutet wird und z.B. zur Regelung eines Vorheizers dienen kann. Über einen solchen Vorheizer kann wie eingangs beschrieben in Phasen vergleichsweise geringer Absorption von EUV- Nutzstrahlung eine aktive Spiegelerwärmung erfolgen, wobei diese aktive Spiegel- erwärmung mit steigender Absorption der EUV-Nutzstrahlung entsprechend zurück- gefahren wird.
Erfindungsgemäß erfolgt nun eine Bestimmung der Vorhersagetemperatur ^Vorhersage ( nicht unmittelbar aus der vom Temperatursensor 220 gemessenen Temperatur TSensor(t), sondern unter zusätzlicher Berücksichtigung der zeitlichen Änderung dieser Temperatur (9Ts^"sor).
In einer beispielhaften Ausführungsform kann folgender Ansatz für die Vorhersage- temperatur gewählt werden:
Figure imgf000013_0001
In Gleichung (1 ) können zur geeigneten Wahl der (Fit-) Parameter p und q in einem Mess- bzw. Kalibrierstand sowohl die mit dem Temperatursensor 220 gemessene Temperatur (Sensortemperatur) als auch die an der optischen Wirkfläche 201 des Spiegel vorliegende Temperatur (als Wert für die Vorhersagetemperatur, z.B. unter Verwendung einer Infrarotkamera) bestimmt werden. Sodann können für die Para- meter p und q diejenigen Werte verwendet werden, für welche Gleichung (1 ) die Er- gebnisse bzw. Wertepaare TVorhersage, TSensor) am besten beschreibt.
In weiteren Ausführungsformen kann die Ermittlung von Wertepaaren zur geeigne- ten Festlegung der Parameter p, q in Gleichung (1 ) auch anhand einer Simulation (z.B. einer FE-Simulation) erfolgen.
Die Erfindung ist nicht auf den vorstehenden Ansatz gemäß Gleichung (1 ) für den funktionalen Zusammenhang zwischen der mit dem Temperatursensor 220 gemes- senen Temperatur TSensor(t ) und der Vorhersagetemperatur TVorhersage(t ) beschränkt. In weiteren Ausführungsformen können auch andere Ansätze bzw. funk- tionale Zusammenhänge, bei denen jeweils die zeitliche Änderung der mit dem Temperatursensor 220 gemessenen Temperaturwerte berücksichtigt wird, gewählt werden. Insbesondere kann auch der nachfolgende (Integral-) Ansatz gewählt werden:
Figure imgf000014_0001
Dabei wird in dem in Gleichung (2) angegebenen Integralterm der Wert des zeit- lichen Gradienten der vom Oberflächensensor 220 gemessenen Temperatur TSensor jeweils zum Zeitpunkt t (als Integrationsvariable) angesetzt. Gemäß Gleichung (2) wird der bisherige zeitliche Verlauf des zeitlichen Gradienten der mit dem Temperatursensor 220 gemessenen Temperatur TSensor aufsummiert. Hierbei bezeichnet a einen zusätzlich zu den Parametern p, q in Gleichung (2) vorhande- nen, weiteren Parameter, welcher im Sinne einer Abklingkonstanten das „Vergessen“ jeweils früherer Beiträge beschreibt.
Die gemäß Gleichung (2) erfolgende Berücksichtigung auch des bisherigen Zeitver- laufs des zeitlichen Gradienten von TSensor ermöglicht es, über die insoweit bereit- gestellte zusätzliche Information den (z.B. exponentiellen) zeitlichen Verlauf der Temperatur zu berücksichtigen und z.B. dem Vorliegen eines vergleichsweise steilen Anstiegs durch entsprechend stärke Nachregelung (im Sinne einer Über- steuerung) Rechnung zu tragen.
Fig. 3a-3b dienen dazu, anhand eines vereinfachten Modells für den zeitlichen Ver- lauf der Temperatur die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielbare Verbesserung der Vorhersagequalität zu demonstrieren.
Dabei beschreibt Kurve„A“ den zeitlichen Verlauf der Temperatur an der optischen Wirkfläche 201 bzw. der Spiegeloberfläche, Kurve„B“ den zeitlichen Verlauf der im Spiegelmaterial in 10mm Tiefe vorliegenden Temperatur und Kurve„C“ den zeit- lichen Verlauf derjenigen Temperatur, welche erfindungsgemäß auf Basis sowohl der betreffenden„Tiefeninformation“ (d.h. z.B. der mit einem entsprechenden Tem- peratursensor in der betreffenden Tiefe gemessenen absoluten Temperatur) sowie dem erfindungsgemäß berücksichtigten„Korrekturbeitrag“ (d.h. der zeitlichen Ände- rung dieser sensorgestützt in der Tiefe gemessenen Temperatur) erhalten wird.
Wie aus Fig. 3a-3b ersichtlich beschreibt die anhand des erfindungsgemäßen Korrekturbeitrags erhaltene Kurve„C“ die tatsächlich an der Spiegeloberfläche ge- mäß Kurve „A“ vorliegende Temperatur insbesondere in der „Anfangsphase“ wesentlich besser als Kurve„B“. Ferner zeigt das verkleinerte Diagramm in Fig. 3b auf einem größeren Zeitbereich, dass auch die Kurve„C“ letztlich zum korrekten Temperaturwert konvergiert.
Fig. 4 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung einer gemäß der Erfindung mögli- chen weiteren Verbesserung der Vorhersagequalität bei zusätzlicher Berücksichti- gung der„Historie“ z.B. unter Verwendung des vorstehend anhand von Gleichung (2) beschriebenen Ansatzes.
Dabei beschreibt Kurve„D“ den zeitlichen Verlauf des Temperaturfehlers bzw. der Abweichung der allein aus dem Sensorsignal des Temperatursensors 220 vorher- gesagten Temperatur von der tatsächlich an der Spiegeloberfläche vorliegenden Temperatur. Kurve „E“ beschreibt den zeitlichen Verlauf des entsprechenden Temperaturfehlers bei erfindungsgemäßer Ermittlung der Vorhersagetemperatur unter Berücksichtigung des zeitlichen Gradienten des Sensorsignals (z.B. gemäß Gleichung (1 )), und Kurve„F“ beschreibt den zeitlichen Verlauf des entsprechenden Temperaturfehlers bei zusätzlicher Berücksichtigung der„Historie“ bei der Ermittlung der Vorhersagetemperatur z.B. gemäß dem Ansatz von Gleichung (2).
Es zeigt sich, dass durch die zusätzliche Berücksichtigung der Historie (d.h. des bisherigen Zeitverlaufs des zeitlichen Gradienten von TSensor eine weitere Verbesse- rung der Vorhersagequalität erzielt wird.
Wenn die Erfindung auch anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben wurde, erschließen sich für den Fachmann zahlreiche Variationen und alternative Ausführungsformen, z.B. durch Kombination und/oder Austausch von Merkmalen einzelner Ausführungsformen. Dementsprechend versteht es sich für den Fach- mann, dass derartige Variationen und alternative Ausführungsformen von der vorlie- genden Erfindung mit umfasst sind, und die Reichweite der Erfindung nur im Sinne der beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalente beschränkt ist.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Bestimmen des Erwärmungszustandes eines optischen Elements in einem optischen System, insbesondere in einer mikrolithographischen Projek- tionsbelichtungsanlage, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
a) Messen, unter Verwendung eines Temperatursensors (220), von Werten einer ersten Temperatur, welches das optische Element an einer ersten Position aufweist; und
b) Abschätzen, auf Basis der im Schritt a) gemessenen Werte, einer zweiten Temperatur, welche das optische Element an einer von der ersten Position entfernten zweiten Position aufweist;
wobei das Abschätzen der zweiten Temperatur im Schritt b) unter Berücksichti- gung einer zeitlichen Änderung der im Schritt a) gemessenen Werte erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sich die zweite Posi- tion an einer Auftrefffläche (201 ) des optischen Elements für im Betrieb des opti- schen Systems auftreffende elektromagnetische Strahlung befindet.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die erste Positi- on an einer dieser Auftrefffläche (201 ) abgewandten Seite des optischen Elements befindet.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die zweite Position in einem Zugangskanal (211 ) befindet, welcher sich von einer der Auftrefffläche (201 ) abgewandten Seite des optischen Elements in das optische Element erstreckt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschätzen der zweiten Temperatur im Schritt b) ferner unter Berück- sichtigung von in der Vergangenheit ermittelten zeitlichen Änderungen der im Schritt a) gemessenen Werte erfolgt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die im Schritt b) abgeschätzte zweite Temperatur als Eingangssignal für eine Regelung wenigstens eines das optische Element und/oder das optische System charakterisierenden Parameters verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf Basis der im Schritt b) abgeschätzten zweiten Temperatur eine Vor- heizung des optischen Elements zur wenigstens teilweisen Kompensation von im Betrieb des optischen Systems auftretenden zeitlichen Änderungen des Erwär- mungszustandes des optischen Elements angesteuert wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element ein Spiegel ist.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element für eine Arbeitswellenlänge von weniger als 30nm, insbesondere weniger als 15nm, ausgelegt ist.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte a) und b) während des Betriebs der mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage durchgeführt werden.
11. Vorrichtung zur Bestimmung des Erwärmungszustandes eines Spiegels in einem optischen System, insbesondere in einer mikrolithographischen
Projektionsbelichtungsanlage, dadurch gekennzeichnet, dass diese zur Durch- führung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgestaltet ist.
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