DE102006043548A1 - Optical arrangement for use in projection exposure apparatus used for immersion lithography has hydrophobic coating comprising ultraviolet (UV) resistant layer that absorbs and reflects UV radiation at predetermined wavelength - Google Patents

Optical arrangement for use in projection exposure apparatus used for immersion lithography has hydrophobic coating comprising ultraviolet (UV) resistant layer that absorbs and reflects UV radiation at predetermined wavelength Download PDF

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Abstract

At least one component (1) e.g. optical element such as plano-convex lens, is applied with hydrophobic coating (6,7), which is exposed to UV radiation during operation of a projection lens. An immersion fluid wets a portion of the component during operation of the projection lens. The hydrophobic coating comprises at least one UV-resistant layer that absorbs and reflects UV radiation at a wavelength of less than 260 nanometers (nm).

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Messvorrichtung zur Bestimmung der optischen Eigenschaften eines Objektives, insbesondere eines Objektives in einem Immersionssystem der Halbleiterlithographie, wobei zwischen einer Messeinrichtung und dem zu messenden Objektiv eine Immersionsflüssigkeit angeordnet ist, und wobei im Bereich der Immersionsflüssigkeit ein Bauelement angeordnet ist, das mit einer hydrophoben Beschichtung zur Erzeugung einer im wesentlichen meniskusförmigen Wassersäule versehen ist.The The invention relates to an optical measuring device for determination the optical properties of an objective, in particular a Objective in an immersion system of semiconductor lithography, between a measuring device and the objective to be measured an immersion liquid is arranged, and wherein in the field of immersion liquid a component is arranged, which has a hydrophobic coating provided for generating a substantially meniscus-shaped water column is.

Objektive werden häufig in einer interferometrischen Messtechnik bezüglich ihrer optischen Eigenschaften, wie z. B. der Genauigkeit bezüglich ihrer optischen Abbildung und evtl. Abbildungsfehler, vor ihrem Einsatz gemessen. Hierzu wird das Objektiv über einer entsprechenden Messeinrichtung angeordnet. Handelt es sich bei dem zu vermessenden Objektiv um ein Objektiv, das in einem Immersionssystem eingesetzt wird, wie z. B. einem Objektiv in der Halbleiterlithographie, das mit einem Laser durchstrahlt wird, der z. B. UV-Licht von 193 nm aussendet, so befindet sich zwischen dem zu messenden Objektiv und der Messvorrichtung mit der Messeinrichtung eine Immersionsflüssigkeit, um die Messungen unter Praxisbedingungen durchführen zu können. Als Immersionsflüssigkeit wird zumeist Reinstwasser verwendet, das durch einen Ring um die optischen Bauteile an einem Abfließen gehindert wird. Dieser Ring muss eine hydrophobe Oberfläche besitzen, um einen konvexen und damit nach oben gewölbten Wassermeniskus zu erzeugen. Es muss nämlich sicher gewährleistet sein, dass stets ein einwandfreier Kontakt zu dem letzten optischen Bauteil des Objektives, das zur Messvorrichtung gerichtet ist, gewährleistet ist.lenses become common in an interferometric measuring technique with regard to their optical properties, such as B. accuracy with respect her optical image and possibly aberrations, before her Use measured. For this purpose, the lens is above a corresponding measuring device arranged. Is it the lens to be measured? a lens that is used in an immersion system, such as z. As an objective in semiconductor lithography, with a Laser is irradiated, the z. B. UV light of 193 nm, so is located between the lens to be measured and the measuring device with the measuring device an immersion liquid to the measurements under practice conditions to be able to. As immersion liquid Mostly ultrapure water is used, which through a ring around the optical components is prevented from draining. This Ring must have a hydrophobic surface, to create a convex and thus upwardly curved water meniscus. It has to be safely guaranteed be that always a perfect contact with the last optical Component of the lens, which is directed to the measuring device, guaranteed is.

In der Praxis hat sich nun herausgestellt, dass sich die bisher verwendeten Materialien für den Ring mit der hydrophoben Oberfläche bereits nach kurzer Zeit bezüglich ihrer Oberflä cheneigenschaften dahingehend geändert haben, dass mit zunehmender Bestrahlungsdauer die hydrophobe Eigenschaft abgenommen hatte. Dies betrifft insbesondere Durchstrahlungen mit den immer kurzwelliger zum Einsatz kommenden Lasern, wie z. B. bei 193 nm und kürzer. Dies bedeutete, bereits nach einer kurzen Betriebszeit ließ sich kein stabiler konvexer Wassermeniskus mehr aufbauen, wodurch die Immersionssäule zwischen dem Objektiv und der Messvorrichtung abriss und die Messung unterbrochen werden musste.In Practice has now been found that the previously used Materials for the ring with the hydrophobic surface after a short time in terms of their surface properties to that effect changed have the hydrophobic property decreased with increasing irradiation time would have. This concerns in particular radiographs with the always short-wavelength lasers used, such as. At 193 nm and shorter. This meant that after only a short period of operation, no one could be left stable convex water meniscus build more, causing the immersion column between demolished the lens and the measuring device and the measurement is interrupted had to become.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Messvorrichtung der eingangs erwähnten Art derart zu verbessern, dass sie auch bei einem Einsatz unter intensiver Bestrahlung eine längere Standzeit besitzt.Of the The present invention is therefore based on the object, a measuring device the aforementioned To improve such a way that they also under use under intensive irradiation a longer one Lifetime has.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Beschichtung eine Edelmetallschicht aufweist.According to the invention this Task solved by the coating has a noble metal layer.

Nach langwierigen Versuchen hat sich herausgestellt, dass eine Edelmetallschicht, wie z. B. Gold, Iridium Palladium, Platin, Quecksilber, Osmium, Rhenium, Rhodium, Ruthenium, Silber, Kobalt, Kupfer oder Legierungen daraus ihre hydrophobe Oberflächeneigenschaft auch nach einer längeren und intensiven Durchstrahlung beibehält.To lengthy trials, it has been found that a noble metal layer, such as Gold, iridium palladium, platinum, mercury, osmium, Rhenium, rhodium, ruthenium, silver, cobalt, copper or alloys from this their hydrophobic surface property even after a longer and longer maintains intensive radiation.

Eine zweite Lösung für eine hydrophobe Beschichtung, die ebenfalls sehr beständig ist, besteht in der Verwendung einer Metallschicht der dritten bis siebten Gruppe im Periodensystem. der chemischen Elemente, wie z. B. Chrom, Molybdän, Wolfram, Vanadium, Niob, Tantal, Titan, Zirkonium, Hafnium, Skandium, Yttrium, Mangan, Thallium oder Legierungen daraus.A second solution for one hydrophobic coating, which is also very resistant, is in use a metal layer of the third to seventh group in the periodic table. the chemical elements, such as. Chromium, molybdenum, tungsten, vanadium, niobium, Tantalum, Titanium, Zirconium, Hafnium, Scandium, Yttrium, Manganese, Thallium or alloys thereof.

Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Edelmetall- oder Metallschicht hat sich herausgestellt, dass auch keine Kontamination der Immersionsflüssigkeit durch aus der Beschichtung unter den beschriebenen erschwerten Bedingungen aufgrund einer kurzwelligen Laserbestrahlung austretende Substanzen auftritt.at Use of the precious metal invention or metal layer has been found that also no contamination the immersion liquid through from the coating under the described difficult conditions due to a short-wave laser irradiation emerging substances occurs.

In der Praxis hat sich eine Beschichtung aus Chromoxyd, auch Schwarzchrom genannt, als besonders geeignet herausgestellt.In The practice has a coating of chromium oxide, also black chrome called, proved to be particularly suitable.

Die Edelmetall- oder Metallschicht der dritten bis siebten Gruppe im Periodensystem der chemischen Elemente kann auf verschiedene Weise auf das zu beschichtende Bauelement aufgebracht werden.The Precious metal or metal layer of the third to seventh group in Periodic table of chemical elements can be done in different ways be applied to the device to be coated.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die Beschichtung durch Sputtern aufgebracht.In In an advantageous embodiment, the coating is by sputtering applied.

Sputtern, auch Kathodenzerstäubung genannt, ist ein Verfahren zur Schichtabscheidung, mit welchem eine hohe Qualität der aufzubringenden Schicht in einer sehr geringen Schichtdicke erreicht werden kann.sputtering, also sputtering is a process for layer deposition, with which a high quality the applied layer in a very small layer thickness can be achieved.

Als vorteilhafte Schichtdicken haben sich Werte zwischen 10 und 200 nm, vorzugsweise zwischen 15 und 100 nm herausgestellt.When advantageous layer thicknesses have values between 10 and 200 nm, preferably between 15 and 100 nm.

Als Immersionsflüssigkeit zwischen dem Objektiv und der Messvorrichtung wird im Allgemeinen Wasser, insbesondere Reinstwasser, verwendet. Anstelle von Wasser sind jedoch auch andere Immersionsflüssigkeiten, wie z. B. Öle möglich.When Immersion liquid between the lens and the measuring device is generally water, especially ultrapure water, used. However, instead of water are also other immersion liquids, such as For example, oils possible.

Das Bauelement selbst, das mit der hydrophoben Beschichtung versehen wird, besteht in vorteilhafter Weise aus Edelmetall. Selbstverständlich sind hierfür jedoch auch andere Materialien möglich.The Component itself, which provided with the hydrophobic coating is, advantageously consists of precious metal. Of course they are therefor However, other materials possible.

Wenn das zu vermessende Objektiv z. B. ein Objektiv ist, das bereits im Einsatz ist, wobei unter dem Objektiv ein Wafer angeordnet ist, kann das zu beschichtende Bauelement auch aus Zerodur, Quarz oder einem ähnlichen Material bestehen, das in einer Projektionsbelichtungsanlage eingesetzt ist.If the lens to be measured z. B. is a lens that already is in use, wherein a wafer is arranged under the lens, The component to be coated can also be made of Zerodur, quartz or a similar one Material used in a projection exposure system is.

Auch im Betrieb eines derartigen Objektives sind mitunter noch Energiemessungen, Transmissionsmessungen und dergleichen durchzuführen, weshalb um den Wafer herum verschiedene Messapparaturen angebracht sind. Auch dabei ist es erforderlich, dass ein inniger Flüssigkeitskontakt zwischen dem letzten optischen Element des Objektives und der Messapparatur vorhanden ist. Aus diesem Grunde ist hier ebenfalls ein Bauelement vorzusehen, das sicherstellt, dass sich ein konvexer Wassermeniskus bildet, der auch bei einer intensiven Durchstrahlung unter Praxisbedingungen erhalten bleibt.Also in the operation of such a lens are sometimes still energy measurements, To carry out transmission measurements and the like, which is why around the wafer Various measuring apparatuses are mounted around. Also there is It requires that an intimate fluid contact between the Last optical element of the lens and the measuring apparatus available is. For this reason, a component is also to be provided here, that ensures that a convex water meniscus forms, even with intensive radiation under practical conditions preserved.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschrieben.following is an embodiment the invention described in principle with reference to the drawing.

Über einer Messvorrichtung mit einer Messeinrichtung 1 ist mit geringem Abstand ein zu vermessendes Objektiv 2, z. B. ein Projektionsobjektiv in der Halbleiterlithographie, das in einem Immersionssystem eingesetzt wird, angeordnet. Das in Strahlenrichtung zuletzt angeordnete optische Element 3 des Objektives 2 befindet sich in einem geringen Abstand über der Messeinrichtung 1.About a measuring device with a measuring device 1 is at a small distance a lens to be measured 2 , z. B. a projection lens in the semiconductor lithography, which is used in an immersion system arranged. The last in the beam direction arranged optical element 3 of the objective 2 is located at a small distance above the measuring device 1 ,

In bzw. auf der Messeinrichtung befindet sich ein Gitter 4 als optisches Bauteil, das für Interferenzmessungen vorgesehen ist. Um das Gitter 4 herum ist ein Bauelement 5 in Form eines Ringes angeordnet. Der Ring ist wenigstens auf der dem Gitter 4 zugewandten Innenseite mit einer hydrophoben Beschichtung versehen. Als hydrophobe Beschichtung ist eine Edelmetall- oder Metallschicht vorgesehen, die auf die Oberfläche des Ringes durch Sputtern aufgebracht ist. Bei dem Ausführungsbeispiel ist als hydrophobe Metallschicht Chromoxid verwendet. In der Praxis hat sich herausgestellt, dass dieses Material gegenüber der Bestrahlung mit UV-Licht gemäss Pfeilrichtung 6 sehr beständig ist und seine hydrophobe Eigenschaft beibehält. Kontaminationen einer Immersionsflüssigkeit, z. B. Reinstwasser 7, das den Zwischenraum zwischen dem letzten optischen Element 3 und der Messeinrichtung 1 vollständig ausfüllt, konnten in der Praxis nicht festgestellt werden.In or on the measuring device is a grid 4 as an optical component intended for interference measurements. To the grid 4 around is a component 5 arranged in the form of a ring. The ring is at least on the grid 4 facing inside provided with a hydrophobic coating. As a hydrophobic coating, a noble metal or metal layer is provided, which is applied to the surface of the ring by sputtering. In the embodiment, chromium oxide is used as the hydrophobic metal layer. In practice, it has been found that this material compared to the irradiation with UV light according to the arrow 6 is very stable and maintains its hydrophobic property. Contaminations of an immersion liquid, eg. B. ultrapure water 7 that the space between the last optical element 3 and the measuring device 1 completed completely, could not be determined in practice.

Die Messung des Objektives kann z. B. als diskontinuierliche Messung vorgenommen werden, wobei Immersionsflüssigkeit in den Zwischenraum eingebracht wird. Nach Ausbildung der Meniskussäule bleibt diese entsprechend für Stunden stabil und es können die erforderlichen Messungen durchgeführt werden. Bei Verwendung von Reinstwasser wird vorzugsweise unter Atmosphärendruck bei einer Wassertemperatur von 20° operiert.The Measurement of the lens can z. B. as a discontinuous measurement be made with immersion liquid introduced into the space becomes. After formation of the meniscus column this remains corresponding for hours stable and it can the required measurements are made. Using of ultrapure water is preferably under atmospheric pressure at a water temperature operated by 20 °.

Es ist jedoch auch möglich, anstelle einem diskontinuierlichen Verfahren kontinuierlich Wasser in einem Fluss von z. B. wenigen mm/min durch den Zwischenraum zu pumpen. Auch in diesem Falle wird eine stabile Meniskussäule erzeugt.It but it is also possible instead of a discontinuous process, continuously add water in a flow of z. B. pumping a few mm / min through the gap. Also in this case, a stable meniscus column is produced.

Im Allgemeinen liegt ein Arbeitsabstand von ca. 2 bis 4 mm, vorzugsweise 3 mm zu der Messeinrichtung 1 bei den durchgeführten Messungen vor.In general, a working distance of about 2 to 4 mm, preferably 3 mm to the measuring device 1 during the measurements carried out.

Anstelle einer hydrophoben Beschichtung der Innenseite des Ringes als Bauelement 5 oder zusätzlich dazu kann auch die dem Objektiv zugewandte Oberseite des Gehäuses der Messeinrichtung 1 oder eine auf die Oberseite der Messeinrichtung 1 aufgelegte Platte um das Gitter 4 herum mit der hydrophoben Beschichtung versehen sein.Instead of a hydrophobic coating on the inside of the ring as a component 5 or in addition to this, the lens-facing top of the housing of the measuring device 1 or one on top of the measuring device 1 applied plate around the grid 4 be provided with the hydrophobic coating around.

Als weitere Möglichkeit ist ein Einsatz in einer Projektionsbelichtungsanlage mit der erfindungsgemäßen Messvorrichtung möglich. In diesem Falle wird der Zwischenraum zwischen dem letzten optischen Element des Projektionsobjektives in einer Projektionsbelichtungsanlage und einer entsprechenden Messapparatur mit der Immersionsflüssigkeit gefüllt und mit dem vorstehend beschriebenen Bauelement 5, das mit der hydrophoben Beschichtung versehen ist, zur Erzeugung einer meniskusförmigen Wassersäule verwendet.As a further option, use in a projection exposure apparatus with the measuring device according to the invention is possible. In this case, the gap between the last optical element of the projection objective in a projection exposure apparatus and a corresponding measuring apparatus is filled with the immersion liquid and with the component described above 5 , which is provided with the hydrophobic coating, used to produce a meniscus-shaped water column.

Claims (11)

Optische Messvorrichtung zur Bestimmung der optischen Eigenschaften eines Objektives, insbesondere eines Objektives in einem Immersionssystem der Halbleiterlithographie, wobei zwischen einer Messeinrichtung und dem zu messenden Objektiv eine Immersionsflüssigkeit angeordnet ist, und wobei im Bereich der Immersionsflüssigkeit ein Bauelement angeordnet ist, das mit einer hydrophoben Beschichtung zur Erzeugung einer im wesentlichen meniskusförmigen Wassersäule versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung eine Edelmetallschicht aufweist.Optical measuring device for determining the optical properties of an objective, in particular an objective in an immersion system of semiconductor lithography, wherein an immersion liquid is arranged between a measuring device and the objective to be measured, and wherein in the region of the immersion liquid, a component is arranged with a hydrophobic coating for Producing a substantially meniscus-shaped water column is provided, characterized in that the coating comprises a noble metal layer. Messvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Edelmetallschicht Gold, Iridium, Palladium, Platin, Quecksilber, Osmium, Rhenium, Rhodium, Ruthenium, Silber, Kobalt, Kupfer oder Legierungen daraus aufweist.Measuring device according to claim 1, characterized in that that the noble metal layer is gold, iridium, palladium, platinum, mercury, Osmium, rhenium, rhodium, ruthenium, silver, cobalt, copper or Alloys thereof. Messvorrichtung zur Bestimmung der optischen Eigenschaften eines Objektives, insbesondere eines Objektives in einem Immersionssystem der Halbleiterlithographie, wobei zwischen einer Messeinrichtung und dem zu messenden Objektiv eine Immersionsflüssigkeit angeordnet ist, und wobei im Bereich der Immersionsflüssigkeit ein Bauteil angeordnet ist, das mit einer hydrophoben Beschichtung zur Erzeugung einer im wesentlichen meniskusförmigen Wassersäule versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung eine Metallschicht der dritten bis siebten Gruppe im Periodensystem der chemischen Elemente aufweist.Measuring device for determining the opti the properties of an objective, in particular an objective in an immersion system of semiconductor lithography, wherein an immersion liquid is arranged between a measuring device and the objective to be measured, and wherein in the region of the immersion liquid, a component is arranged, which with a hydrophobic coating to produce a substantially meniscus Provided water column, characterized in that the coating has a metal layer of the third to seventh group in the periodic table of the chemical elements. Messvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht Chrom, Molybdän, Wolfram, Vanadium, Niob, Tantal, Titan, Zirkonium, Hafnium, Skandium, Yttrium, Mangan, Thallium oder Legierungen daraus aufweist.Measuring device according to claim 3, characterized in that that the metal layer chromium, molybdenum, tungsten, vanadium, niobium, Tantalum, Titanium, Zirconium, Hafnium, Scandium, Yttrium, Manganese, Thallium or alloys thereof. Messvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht aus Chromoxyd besteht.Measuring device according to claim 4, characterized that the metal layer consists of chromium oxide. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Edelmetall- oder Metallschicht auf das Bauelement durch Sputtern aufgebracht ist.Measuring device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the noble metal or metal layer is applied to the device by sputtering. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der Edelmetall- oder Metallschicht zwischen 10 und 200 nm, vorzugsweise zwischen 15 und 100 nm liegt.Measuring device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the layer thickness of the noble metal or metal layer between 10 and 200 nm, preferably between 15 and 100 nm. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das mit der hydrophoben Beschichtung versehene Bauelement ein Bestandteil des Gehäuses der Messeinrichtung oder ein mit der Messeinrichtung (1) verbundenes Bauelement der Messeinrichtung (1) ist, über dem die Immersionsflüssigkeit steht.Measuring device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the device provided with the hydrophobic coating component of the housing of the measuring device or a with the measuring device ( 1 ) connected component of the measuring device ( 1 ) above which the immersion liquid stands. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das mit der hydrophoben Beschichtung versehene Bauelement mit einem Einfassungsring (5) zur Begrenzung der Immersionsflüssigkeit versehen ist.Measuring device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the provided with the hydrophobic coating device with a collar ( 5 ) is provided to limit the immersion liquid. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement, das mit der hydrophoben Beschichtung versehen ist, aus Edelmetall besteht.Measuring device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the component, with the hydrophobic Coating is provided, made of precious metal. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Immersionsflüssigkeit Wasser, insbesondere Reinstwasser, vorgesehen ist.Measuring device according to one of claims 1 to 10, characterized in that as immersion liquid Water, especially ultrapure water, is provided.
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