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1. (WO2019063254) METHOD FOR DETERMINING PROPERTIES OF AN EUV SOURCE
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Verfahren zur Bestimmung von Eigenschaften einer EUV-Quelle

Die vorliegende Anmeldung nimmt die Priorität der deutschen Patentanmeldung DE 10 2017 217 266.5 in Anspruch, deren Inhalt hierin vollumfänglich mit aufgenommen wird.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von mindestens einer Eigenschaft einer EUV (Extreme Ultraviolet)-Quellejn einer Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie.

Für den störungsfreien Betrieb einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage ist es sinnvoll, die aktuellen Eigenschaften der Quelle, wie zum Beispiel die von ihr in das Beleuchtungssystem der Anlage emittierte Leistung beziehungsweise deren räumliche Verteilung oder Veränderung über der Zeit zu ermitteln, um gegebenenfalls Justage-, Wartungs- oder Reparaturmaßnahmen einleiten zu können.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Eigenschaften der Quelle aus der Intensitätsverteilung des Projektionslichtes auf der Waferebene indirekt zu ermitteln. Allerdings befinden sich typischerweise im Lichtweg zwischen Quelle und Wafer in einer Projektionsbelichtungsanlage eine Vielzahl optischer Elemente, welche eben-falls Einfluss auf die Intensitätsverteilung in der Waferebene nehmen und damit zu einer Verfälschung des gemessenen Ergebnisses beitragen bzw. die Messung insgesamt erheblich erschweren. Darüber hinaus muss die Produktion zur Durchführung einer derartigen Messung wie auch für andere Messungen, mittels welcher die Eigenschaften der EUV-Quelle bestimmt werden sollen, unterbrochen werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, mit welchem Betriebsparameter einer EUV-Quelle für die Halbleiterlithographie beziehungsweise deren Änderungen einfacher und zuverlässiger erkannt werden können, als bisher nach den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen möglich.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den im unabhängigen Patentan-spruch angegebenen Verfahrensschritten. Die Unteransprüche beziehen sich auf vorteilhafte Varianten und Modifikationen der Erfindung.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass eine Thermallast für eine Komponente der Projektionsbelichtungsanlage ermittelt wird und anhand der ermittelten Thermallast auf die Eigenschaft der EUV-Quelle geschlossen wird.

Dabei geht die Erfindung von der Annahme aus, dass die auf eine Komponente einwirkende Thermallast proportional oder zumindest positiv korreliert ist mit der Intensität der einfallenden elektromagnetischen Strahlung, aus welcher wiederum die jeweils interessierende Eigenschaft der Quelle ermittelt werden kann.

Durch diese indirekte Bestimmung der Eigenschaften der Quelle anhand ihrer Einwirkung auf ohnehin vorhandene Komponenten der Projektionsbelichtungsanlage eröffnen sich neue Möglichkeiten zur Messung der Quelleneigenschaften. Insbesondere kann hierzu Sensorik verwendet werden, welche ohnehin bereits im System vorhanden ist und mittels welcher Eigenschaften wie beispielsweise die aktuelle Geometrie der jeweils interessierenden Komponenten gemessen werden.

In einer vorteilhaften Variante der Erfindung handelt es sich bei der Eigenschaft der Quelle um eine Kontamination eines Kollektorspiegels der Quelle, der zur Ausrichtung der in der Quelle zunächst ungerichtet erzeugten elektromagnetischen Strahlung dient.

Die von der Quelle emittierte elektromagnetische Strahlung wird in der Regel dadurch erzeugt, dass in einem schwebenden Zinntröpfchen mittels Laserbestrahlung ein hochenergetisches, im extrem kurzwelligen Bereich lichtemittierendes Plasma erzeugt wird. Die Abstrahlung der erwünschten elektromagnetischen Strahlung aus dem Plasma erfolgt jedoch zunächst nicht gerichtet, sondern vielmehr in alle Raumrichtungen gleich verteilt. Um einen gerichteten Beleuchtungsstrahl ausreichender Intensität zu erhalten, wird die zunächst ungerichtete Plasmastrahlung mittels des Kollektorspiegels ausgerichtet. Derartige Kollektorspiegel sind üblicherweise als Wolter-Spiegel mit mehrfach ineinander verschachtelten Rotationsparaboloide oder Ellipsoiden ausgebildet.

Allerdings ist der Kollektorspiegel gewissen Alterungsprozessen unterworfen, welche insbesondere durch die Ablagerung von Zinnpartikeln auf der reflektierenden Ober-fläche des Spiegels hervorgerufen werden können. Da diese Ablagerungen be-

reichsweise unterschiedlich stark erfolgen, kommt es zu bereichsweisen erheblichen Verringerungen der Reflektivität der Spiegel und damit zu abgedunkelten Bereichen im durch den Spiegel erzeugten Beleuchtungsfeld.

Diese Kontamination kann vorteilhafterweise über eine Ermittlung der Thermallast über eine beleuchtete Oberfläche einer Komponente der Projektionsbelichtungsanla-ge hinweg ermittelt werden; insbesondere kann anhand der örtlichen Verteilung der ermittelten Thermallast auf die Verteilung der Kontamination geschlossen werden.

Dabei macht man sich zunutze, dass die Intensität der auf einen Teilbereich der Komponente einfallenden elektromagnetischen Strahlung von der Reflektivität desjenigen Teilbereiches des Kollektorspiegels abhängig ist, von welchem die jeweilige elektromagnetische Strahlung stammt. Dadurch, dass die Reflektivität mit zunehmender Verschmutzung der reflektierenden Oberfläche durch die vorne bereits erwähnten Zinnpartikel sinkt, kann somit aus einer zurückgehenden Thermallast in einem Teilbereich der beleuchteten Oberfläche der jeweils betrachteten Komponente auf eine reduzierte Reflektivität und damit eine erhöhte Verschmutzung im korrespondierenden Bereich des Kollektorspiegels geschlossen werden. Bei dem korrespondierenden Bereich handelt es sich um denjenigen Bereich, von welchem die elektromagnetische Strahlung stammt, die auf den jeweiligen Bereich der Komponente einfällt.

Diese Vorgehensweise ist insbesondere deswegen vorteilhaft, weil sie es ermöglicht, den Verschmutzungsgrad der Spiegel während des Betriebes der zugehörigen Projektionsbelichtungsanlage zu überwachen, um gegebenenfalls Gegenmaßnahmen oder Wartungsarbeiten einleiten bzw. durchführen zu können.

Weiterhin kann es sich bei der Eigenschaft um die Änderung der mittleren Quellleis-tung über der Zeit handeln; auch die Bestimmung der absoluten mittleren Quellleistung kann durch das erfindungsgemäße Verfahren in vorteilhafter Weiser erfolgen.

Die Thermallast kann insbesondere anhand einer Geometrieänderung mindestens eines Teiles der Komponente ermittelt werden. Hierzu können auch in vorteilhafter Weise ohnehin vorhandene Positionssensoren zur Anwendung kommen, wobei

beispielsweise der Abstand oder eine Abstandsänderung eines Positionssensors von einem Sensortarget ermittelt werden kann.

Zur Ermittlung der jeweils interessierenden Eigenschaft der Quelle anhand der Thermallast der jeweils betrachteten Komponente kann beispielsweise eine theoreti-sehe Modellierung des Systems von der Quelle bis zur Komponente unter Berücksichtigung beispielsweise der verwendeten Materialien, Geometrien und weiteren für die Modellierung relevanter Systemparameter erfolgen. Ergänzend oder alternativ kann eine Kalibrierung des Systems mit einer Quelle unter kontrollierten Quelleneigenschaften oder eine Referenzmessung unter Verwendung eines neuen Systems zur Anwendung kommen.

Je näher an der Quelle sich die betrachtete Komponente im Lichtweg befindet, desto unmittelbarer und schneller wird sich eine Änderung einer Eigenschaft der Quelle auf die jeweils bereichsweise einfallende Intensität und damit auf die lokale Thermallast auswirken. Damit erweist es sich als besonders vorteilhaft, wenn zur Ermittlung der Eigenschaft eine Komponente verwendet wird, die im Beleuchtungssystem, insbesondere so nahe wie möglich an der Quelle angeordnet ist.

Damit stellt ein Facettenspiegel, welcher im Lichtweg kurz nach der Quelle folgt und welcher eine erste Konditionierung der zur Abbildung verwendeten elektromagnetischen Strahlung vornimmt, eine vorteilhafte Wahl für die Komponente dar. Derartige Facettenspiegel, insbesondere der Feldfacettenspiegel, der unmittelbar auf die

Quelle folgt, weisen eine Vielzahl üblicherweise mechanisch manipulierbarer einzelner reflektierender optischer Elemente, sogenannter Spiegelfacetten auf, die auf einem typischerweise gekühlten Trägerkörper definiert gelagert und über sogenannte Stößel aktuierbar sind. Bei den Stößeln handelt es sich üblicherweise um stabförmi-ge Fortsätze auf der der reflektiven Fläche der Spiegelfacette abgewandten Seite. Üblicherweise ist für jede Facette auch eine Sensorik vorhanden, welche zur Ermittlung aktueller geometrischer Parameter der jeweils betrachteten Spiegelfacette dient. Insbesondere können Positionssensoren vorhanden sein, mittels welcher eine Verschiebung bzw. Deformation von Komponenten der Spiegelfacette oder der zugehörigen Kinematik ermittelt werden können.

Dabei kann beispielsweise ein Abstand zwischen einem Positionssensor und einem am der reflektierenden Fläche der Spiegelfacette abgewandten Ende eines Stößels angeordneten Sensortarget beispielsweise in z-Richtung vermessen werden; dieser Abstand wird üblicherweise als z-Gap bezeichnet. Unter der z-Richtung ist dabei diejenige Raumrichtung zu verstehen, die im Wesentlichen senkrecht zur reflektierenden Oberfläche eines Feldfacettenspiegels bzw. senkrecht zur lateralen Ausdehnung seines Trägerkörpers verläuft. Das Sensortarget ist ein Referenzelement, anhand dessen der Positionssensor einen Parameter wie beispielsweise die z-Gap bestimmen kann; es kann sich dabei beispielsweise um ein reflektierendes Element für optische Messungen handeln.

Falls also gegenüber einem Referenzzustand, in welchem alle Spiegelfacetten eine definierte Referenzthermallast sehen, auftretende Abweichungen im Hinblick auf die z-Gap detektiert werden, kann daraus eine Änderung der Verteilung der Thermallast für den betreffenden Bereich detektiert werden, woraus weiterhin beispielsweise auf lokale Verschmutzungen im Kollektorspiegel und auch auf deren Position wie auch auf andere Eigenschaften der Quelle geschlossen werden kann.

Da schon allein zur Bestimmung und Regelung der Ausrichtung der Spiegelfacetten im Betrieb der Anlage die z-Gap bestimmt werden muss, erlaubt es das erfindungsgemäße Verfahren, ohne einen Eingriff in den Betrieb der Anlage allein durch Auswertung ohnehin zur Verfügung stehender Parameter auftretende Änderungen der Eigenschaften der Quelle wie beispielsweise lokale Verschmutzungen des Kollektorspiegels zu ermitteln. Damit entfällt das nach dem Stand der Technik vorhandene Erfordernis, zur Messung die Produktion zu unterbrechen. Weiterhin bedarf es zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens keinerlei konstrukti-ver Modifikation der zu überwachenden Anlage; es genügt, ohnehin bereits zur Verfügung stehende Parameter auszuwerten.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Figur 1 schematisch eine EUV-Projektionsbelichtungsanlage, in welcher die Erfindung verwirklicht sein kann

Figur 2 einen exemplarischen Feldfacettenspiegel, anhand dessen die Erfindung realisiert werden kann

Figur 1 zeigt exemplarisch den prinzipiellen Aufbau einer EUV-Projektions-belich-tungsanlage 1 für die Mikrolithographie, in welcher die Erfindung Anwendung finden kann. Ein Beleuchtungssystem der Projektionsbelichtungsanlage 1 weist neben einer Lichtquelle 3 eine Beleuchtungsoptik 4 zur Beleuchtung eines Objektfeldes 5 in einer Objektebene 6 auf. Eine durch die Lichtquelle 3 erzeugte EUV-Strahlung 14 als optische Nutzstrahlung wird mittels eines in der Lichtquelle 3 integrierten Kollektors derart ausgerichtet, dass sie im Bereich einer Zwischenfokusebene 15 einen Zwi-schenfokus durchläuft, bevor sie auf einen Feldfacettenspiegel 2 trifft. Nach dem Feldfacettenspiegel 2 wird die EUV-Strahlung 14 von einem Pupillenfacettenspiegel 16 reflektiert. Unter Zuhilfenahme des Pupillenfacettenspiegels 16 und einer optischen Baugruppe 17 mit Spiegeln 18, 19 und 20 werden Feldfacetten des Feldfacettenspiegels 2 in das Objektfeld 5 abgebildet.

Beleuchtet wird ein im Objektfeld 5 angeordnetes Retikel 7, das von einem schematisch dargestellten Retikelhalter 8 gehalten wird. Eine lediglich schematisch dargestellte Projektionsoptik 9 dient zur Abbildung des Objektfeldes 5 in ein Bildfeld 10 in eine Bildebene 11. Abgebildet wird eine Struktur auf dem Retikel 7 auf eine lichtempfindliche Schicht eines im Bereich des Bildfeldes 10 in der Bildebene 11 angeordne-ten Wafers 12, der von einem ebenfalls ausschnittsweise dargestellten Waferhalter 13 gehalten wird. Die Lichtquelle 3 kann Nutzstrahlung insbesondere in einem

Wellenlängenbereich zwischen 5 nm und 30 nm emittieren.

Figur 2 zeigt schematisch und exemplarisch den Feldfacettenspiegel 2, in welchem die Erfindung verwirklicht sein kann. In einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage wie in Figur 1 gezeigt ist der Feldfacettenspiegel 2 das erste Element im Lichtweg eines Beleuchtungssystems zur Beleuchtung eines Retikels 7. Damit erreichen ihn Änderungen in der örtlichen Verteilung der Intensität des von der Lichtquelle ausgehenden Lichtes unmittelbar, ohne dass Effekte, welche auf den Einfluss weiterer optischer Elemente im Lichtweg zurückgehen, hinzukommen.

Der Feldfacettenspiegel 2 umfasst eine Mehrzahl beweglicher, insbesondere verkippbarer Spiegelfacetten 21 , die beweglich mittels Kinematiken 22, beispielsweise Festkörpergelenke, auf einem durch Kühlkanäle 28 kühlbaren Trägerkörper 24 angeordnet sind. Durch die Bewegung beziehungsweise Verkippung der Spiegelfacetten 21 kann für den nachfolgenden Lichtweg eine bestimmte, fallbezogene Intensitätsverteilung, ein sogenanntes Setting, eingestellt werden. Die gewünschte Bewegung kann, wie im gezeigten Beispiel dargestellt, dadurch erreicht werden, dass auf einen an einem stabförmigen Fortsatz 25 an der Spiegelfacette 21 , der auch als Facettenstößel bezeichnet wird, angeordneten Permanentmagneten 26 mittels elektrischer Aktuatorspulen 27 eine magnetische Kraft ausgeübt wird. Die Aktuatorspulen 27 sind dabei in einem ebenfalls mittels Kühlkanälen 28 kühlbaren Trägerkörper 24 angeordnet. Der Trägerkörper 24 weist für jeden Facettenstößel 25 eine Durchbrechung 32 auf, durch welche ein Facettenstößel 25 greift.

Durch die gezeigte Anordnung kann eine berührungslose Aktuierung der Spiegelfa-cetten 21 erreicht werden. Ebenfalls auf dem Trägerkörper 24 beziehungsweise auf den Aktuatorspulen 27 angeordnet sind die Positionssensoren 30, mittels welchen die räumliche Beziehung zwischen deren Sensortargets 31 und den Positionssensoren 30 und insbesondere auch der Abstand zwischen den Positionssensoren 30 und den Sensortargets 31 , die sogenannte Sensor Gap oder z-Gap, bestimmt werden kann.

Bei den Sensortargets 31 kann es sich, wie bereits erwähnt, beispielsweise um Spiegel oder Strichplatten im Fall der Verwendung optischer Sensoren handeln. Die Sensortargets 31 sind hierbei an den Permanentmagneten 26 der Facettenstößel 25 angeordnet.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Sensor eine dreidimensionale Positionsmessung ermöglicht. Der Wert der z-Gap geht dabei als Parameter in die Positionsbestimmung für die betrachtete Spiegelfacette 21 mit ein. Wie aus der Figur leicht erkennbar ist, ändert sich bei einer thermisch induzierten Längenänderung des Stößels 25 auch der Wert für die z-Gap. Eine derartige thermisch induzierte Längenänderung kann insbesondere dadurch verursacht werden, dass sich die lokale Verteilung der strahlungsinduzierten Thermallast auf die Spiegelfacetten 21 verändert. Diese

Änderung kann insbesondere von lokalen Änderungen der Reflektivität des Kollektorspiegels und von lokalen Verschmutzungen dieses Spiegels herrühren - in diesem Fall würde der Wert für die z-Gap aufgrund der dadurch hervorgerufenen Verkürzung des Stößels 25 ansteigen. Damit eröffnet sich die Möglichkeit, mit den ohnehin bereits vorhandenen Positionssensoren 30 durch eine ortsaufgelöste Auswertung des zeitlichen Verlaufs der z-Gap im Betrieb des Systems auf neu auftretende lokale Verschmutzungen des Kollektorspiegels oder andere Eigenschaften der Quelle zurück zu schließen. Weiterhin kann durch die bekannte räumliche Beziehung zwischen einzelnen Spiegelfacetten 21 und Orten auf der reflektierenden Oberfläche des Kollektorspiegels auch bestimmt werden, wo auf dem Kollektorspiegel die Verschmutzung aufgetreten ist. Typische Feldfacettenspiegel enthalten über 300 einzelne Spiegelfacetten, so dass sich in vorteilhafter Weise eine hohe Ortsauflösung erreichen lässt.

Bezugszeichenliste

1 Projektionsbelichtungsanlage

2 Feldfacettenspiegel

3 Lichtquelle

4 Beleuchtungsoptik

5 Objektfeld

6 Objektebene

7 Retikel

8 Retikelhalter

9 Projektionsoptik

10 Bildfeld

11 Bildebene

12 Wafer

13 Waferhalter

14 EUV-Strahlung

15 Zwischenfokusebene

16 Pupillenfacettenspiegel

17 Optische Baugruppe

18,19,20 Spiegel

21 Spiegelfacette

22 Kinematik

23 Kühlkanal

24 Trägerkörper

25 Stößel

26 Permanentmagnet

27 Spule

28 Kühlkanal

30 Positionssensor

31 Sensortarget

32 Durchbrechung