CN104081284A - Euv光刻的光学布置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光学布置，尤其是用于微光刻的投射镜头，包括：至少一个光学元件(21)，其包括光学表面(31a)和基板(32)，其中，所述基板(32)由一材料形成，所述材料的取决于温度的热膨胀系数在与参考温度Tref有关的零交叉温度ΔTZC＝TZC-Tref处等于零，其中，在所述光学装置运行期间，所述光学表面(31a)具有取决于位置的温度分布ΔT(x，y)，取决于位置的温度分布依赖于局部辐照度(5a)，与所述参考温度Tref有关，并具有平均温度ΔTav、最小温度ΔTmin和最大温度ΔTmax，其中，所述平均温度ΔTav小于由所述最小温度ΔTmin和所述最大温度ΔTmax形成的平均值1/2(ΔTmax+ΔTmin)，并且其中，所述零交叉温度ΔTZC大于所述平均温度ΔTav。本发明还涉及一种包括这种投射镜头形式的光学布置的EUV光刻设备和一种构造光学布置的相关方法。

Description

EUV光刻的光学布置
相关申请的交叉引用
本申请要求于2012年1月25日提交的德国专利申请No.102012201075.0的优先权，通过引用将该德国专利申请的全部内容并入本申请公开。
技术领域
本发明涉及一种光学布置(例如用于微光刻的投射镜头，尤其用于EUV光刻的投射镜头)、一种包括这种投射镜头的EUV光刻设备和一种构造光学布置的方法。
背景技术
具有电介质涂层的反射光学元件(反射镜)用在EUV光刻的光学布置中。这种反射镜具有对于照射的EUV辐射(impinging EUV radiation)的通常小于70％的反射率，使得相当大比例的辐射由反射镜吸收并被转换为热量。由于对必须施加于反射镜表面(特别地，在此使用的投射镜头)的几何公差和稳定性方面的十分严格的要求，使得用作EUV光刻中的反射镜基板的材料在在此使用的工作温度范围内仅具有十分低的热膨胀系数(CTE)。为了实现这种目的，用于EUV光刻中的基板材料通常具有两种成分，它们的热膨胀系数对温度的依赖性彼此相反，使得在EUV光刻设备运行期间，热膨胀系数在反射镜处出现的温度处几乎完全彼此补偿。
满足EUV应用的CTE的严格要求的第一组材料是掺杂硅酸盐玻璃，例如掺有二氧化钛的硅酸盐或石英玻璃，通常具有大于80％的硅酸盐玻璃比例。一种商业上可获得的硅酸盐玻璃由Coming公司售卖，商标为(超低膨胀玻璃)。不必说，必要时，掺有TiO2的石英玻璃还可掺杂其它材料，比如降低玻璃粘性的材料，如US2008/0004169 A1所说明的，其中，使用碱金属以减少玻璃材料中条纹(striae)的影响。
适用于EUV反射镜基板的第二组材料是微晶玻璃，其中，结晶相与玻璃相的比例设定成不同相的热膨胀系数几乎彼此抵消。这种微晶玻璃由Schott公司以商标提供或由Ohara公司以商标提供。
上述材料的热膨胀(长度变化)对温度的关系曲线在相关温度范围内大致呈抛物线，即在特定温度处存在热膨胀的极值。零膨胀材料的热膨胀关于温度的导数(即，热膨胀系数)在该范围内大致线性地依赖温度，并在热膨胀是极值的温度处改变符号，为此，该温度称为零交叉温度(ZCT)。因此，仅在基板的工作或操作温度与零交叉温度一致的情况下，热膨胀才最小。
可例如通过选择热处理期间的合适参数而在制造基板材料或坯期间将零交叉温度设定在一定极限内，或者在掺有TiO2的石英玻璃情况下，通过设定在制造石英玻璃期间使用的二氧化钛比例而将零交叉温度设定在一定极限内。在该情况下，基板中及尤其光学表面附近的零交叉温度通常尽可能均匀地设定。
然而，在反射镜操作期间照在光学表面上的辐射强度或辐照度是不均匀的，并以取决于位置的方式变化，这意味着在光学表面上得到的温度分布也是不均匀的。因此，在整个表面上不能满足工作温度对应于零交叉温度的条件，使得在操作时整个表面对温度并非完全不敏感且由此没有变形。尽管热膨胀系数在工作温度偏离零交叉温度较小的情况下仍较小，但是其随着关于零交叉温度的温差的增加而进一步增加，这会导致反射表面因局部不同的线性膨胀而变形，并导致取决于变形支配的波前像差。
发明内容
本发明的目的是提供一种光学布置、一种EUV光刻设备及一种构造光学布置的方法，其中，至少一个光学元件(尤其为全部光学元件)中的工作温度(或平均温度)和零交叉温度彼此协调，以降低或最小化波前像差。
发明主题
该目的借助光学布置，例如用于微光刻、尤其用于EUV光刻的投射镜头而实现，该光学布置包括：至少一个光学元件，包括光学表面和基板，其中，基板由材料形成，所述材料的取决于温度的热膨胀系数在与参考温度有关的零交叉温度处等于零，其中，在光学布置运行期间，光学表面具有取决于位置的温度分布，取决于位置的温度分布依赖于局部辐照度，与所述参考温度有关，并具有平均温度、最小温度和最大温度，其中，平均温度小于最小温度和最大温度的平均值，以及其中，零交叉温度大于平均温度。
实际上期望的是，为了使波前像差最小，光学表面处的零交叉温度和平均温度应当一致。本发明人发现，当表面处的温度的频率分布是关于表面平均温度对称的分布(例如高斯分布)时，这种选择确实是有利的。如果频率分布是不对称的，即，如果最大和最小温度的算术平均值偏离平均温度(由在表面上的取决于位置的温度分布的积分确定)，则为了减少波前像差，平均温度与零交叉温度不一致是更有利的。
在该情况下，依赖性使得在平均温度低于最大和最小温度的算术平均值的温度频率分布情况下，平均温度应当选择成小于零交叉温度，而在相反情况下，即如果平均温度大于最小温度和最大温度的算术平均值，则平均温度在必要时应当选择成大于或等于零交叉温度。下面描述中陈述的是，尤其对于EUV光刻的投射镜头的邻近光瞳的光学元件，会发生第一种情况。不必说，温度的频率分布和取决于位置的分布是不相同的，使得光学表面处的对称(例如高斯)的取决于位置的温度分布不会在表面处导致温度值的对称频率分布，反之亦然。
在一个实施例中，光学布置包括用于调节(尤其用于加热)光学元件(即，基板和/或光学表面)的温度的温度调节装置和设计成尤其对于闭环控制设定光学表面处的平均温度(或工作温度)的温度控制装置。在该实施例中，光学元件(即基板或必要时直接是光学表面)是温度调节的(即，加热或必要时冷却)。这有利于减少光学表面处的时间相关的(瞬变)的温度波动。温度控制装置可通过开环或闭环控制来控制到基板的热量供应，使得在光学元件或基板处获得平均温度，该平均温度在光学元件的光学表面，尤其在光学使用表面区域导致期望的平均温度，其中，期望的温度可以例如低于零交叉温度。不必说，对于热量供应的最优开环控制，必须考虑照在光学表面和/或基板上的辐射功率。必要时，可提供一个或多个温度传感器，它们检测基板和/或光学表面的温度，并且由温度控制装置使用用于温度的闭环控制。温度调节装置通常用于尽可能均匀地加热或冷却基板，然而，必要时，基板还可非均匀地加热或冷却，例如当设置多个彼此独立可控加热或冷却元件时。在温度调节期间设定的基板温度通常不对应于反射表面处的平均温度，因为在那儿可发生额外的热量传递效果(例如由于对流所产生)。在设定基板温度以在光学表面处获得期望平均温度时应考虑这些效果。必要时，光学表面(和/或基板)的温度调节(通常为加热)还可通过对表面额外地施加热辐射(例如红外辐射)来实现。
在一个发展例中，温度控制装置设计成以取决于光学表面处的局部辐照度的方式设定平均温度和零交叉温度之间的差别，即，不仅平均温度选择成低于零交叉温度，而且平均温度与零交叉温度的偏差(差别)以取决于局部辐照度(影响温度的频率分布且因此影响光学表面处引起的波前像差)的方式限定。在该情况下，举例来说，相应的局部辐照度可分配给由特定工作参数(例如光源的照明设定、辐射强度等)表征的相应的操作情况。
操作情况或工作参数与相应地使用的差别之间的分配可在温度控制装置中借助保存或存储在温度控制装置中的对应分配而实施。如此，温度控制装置可取得例如来自表格的相关差别值，并直接设定它。替代地或额外地，还可在操作期间测量或模拟取决于位置的温度分布，可确定或计算温度的频率分布、其特性和其对表面形式或波前像差的影响。在任何情况下，温度控制装置设计或编程为使平均温度适配于相应应用。
在该情况下，零交叉温度和工作温度(即例如光学表面处的平均温度)之间的差别可特别地设定成使光学表面处的波前像差的测量值最小。相应选择的差别取决于波前像差(意在最小化的)的测量值。
如下进一步所示，为了使表面的RMS值最小，可将零交叉温度与平均温度之间的差别设定成等于1/2<δT3>/<δT2>的商，其中，δT表示温度分布与温度分布的平均值ΔTav的偏差，即ΔT(x，y)＝ΔTav+δT(x，y)。<δT2>表示δT2在表面上的平均值，<δT3>表示在表面上的三次幂的平均值。
在光学系统中，通常使波前的RMS值最小化，如已知的变量“斯特列尔定义亮度(Strehl definition brightness)”或对比度降低所需要的。这最终涉及使局部波前偏差(预先减去平均值，因为不重要)的平方的积分最小。该方法还称为高斯最小二乘法。
在许多情况下，波前偏差本身与局部区域参数成比例，该局部区域参数的恒定部分可得到补偿。在该情况下，RMS优化要求补偿常数选择成等于该局部区域参数内的平均值。然而，如果波前偏差比线性地依赖于所述局部区域参数更高(如在本情况中)，则比出现减小更严重地是在RMS值中出现较大偏差。然后，补偿常数(在此：零交叉温度，简称ZCT)的最优值在占据较小区域的那些值的方向上移动，因此进一步远离平均值。在本情况下，波前具有例如随温度与零交叉温度(作为补偿常数)的局部偏差二次变化的成分(contribution)。
在相关的RMS积分中，该差别以高于二次的幂出现。如果零交叉温度由此在占据光学表面较小区域部分的温度方向上移动，则与占据较大区域的那些值的区域成分增加的情况相比，由该区域部分产生的误差成分会在很大程度上减小(极值特性：确切地在二次幂的情况下，平均值的最小环境中的该变化会接近零)。总体上，指标函数因该变化而减小，最优零交叉温度确立成接近较小频率出现的温度值。
在光学布置运行期间，零交叉温度本身通常不会受到影响，而相应光学元件的平均温度适配于此，即，值“光学元件的平均温度-零交叉温度”得到优化。该适配通常还简称为(相对)ZCT适配。
在一个发展例中，光学布置的所有光学元件的平均温度设定成使光学布置的波前像差的测量值最小。在成像光学布置(投射镜头)的情况下，例如，光学布置的波前像差可在像平面的空间像(aerial image)上测得，并在该情况下称为图像像差。为了实现衍射受限投射光学单元，例如像平面中出现的波前像差的RMS值(“均方根”)通常有必要小于成像光波长的1/14。通常通过合适地选择单独反射镜处的工作温度和零交叉温度之间的偏差来符合该规格。
然而，还可优化或最小化波前像差(图像像差)的除了表面RMS值之外的测量值，例如尺度误差、远心误差(telecentricity error)、覆盖(overlay)、焦深、最佳焦点等。为了确定这些和其它波前像差，可在像平面中的多个点处确定波前，并将波前数值分解为正交函数系数。不同场点处的(泽尼克)系数可以成组为RMS值，RMS值是特定类型像差(例如彗差、像散等)的表征，如本申请人名义下的DE10 2008 042 356 A1中所述，参考该申请的全部内容。这些RMS值或其组合可类似地用作波前像差的测量值。
在一个发展例中，温度控制装置设计成使温度调节装置的加热功率适配于由基板吸收的辐射功率，使得由基板获得的总热能以及因此基板和/或光学表面的平均温度保持恒定。在非活动状态(辐射未施加至光学布置)中，光学元件通常具有基本上对应于参考温度的温度。在活动运行状态(对光学表面施加全部辐射功率)中，通常在光学表面处确立稳态温度分布及稳态平均温度。在从非活动向活动运行状态转变时，温度分布(没有额外加热)与时间相关，平均温度增加直到达到稳态温度状态为止，这是因为与可发射至环境的辐射功率相比，有更多的辐射功率被吸收。
为了使瞬变情况下的温度增加最小和/或运行情况下的光学表面处温度波动最小，可使用加热装置。举例来说，早在照射之前，所述加热装置可将基板和/或光学表面加热至在运行期间确立的稳态温度。在瞬变情况下，其中辐射功率额外地到达反射镜并由基板吸收，加热功率必须相应地减小或适配，以保持平均温度恒定。
在另一实施例中，零交叉温度为至少0.1K、优选为至少0.2K、特别为至少0.4K、必要时为至少0.7K，大于光学表面的平均温度。必要时，零交叉温度与平均温度的偏差可相当大，甚至为至少1开、1.3K、1.5K、1.7K、2.0K、2.5K等，其中，适于使像差最小的值取决于光学表面处的温度值的频率分布(见上文)。
在一个实施例中，光学表面具有第一区域部分A1和第二区域部分A2，在第一区域部分，表面处的温度大于平均温度，在第二区域部分，表面处的温度小于平均温度，其中，第一区域部分小于第二区域部分(A1＜A2)。对于该情况，零交叉温度应当选择成大于光学表面的平均温度。
在另一实施例中，光学元件布置在光瞳平面中或光瞳平面附近。邻近光瞳的布置应理解为意味着具有至少70％子孔径比的光学元件的布置。子孔径比采用介于0和1之间的值，并在光瞳平面中具有值1，在场平面中具有值0。对于在给定孔径下将具有最大物体高度的物场成像至像场的光学系统，例如(EUV)光刻的投射镜头，子孔径比如下定义：|R-H|/(|R-H|+|H|)，其中，基于具有最大物体高度的物点，R是边缘光线高度，H是主光线高度，这些光线高度在平行于光学系统光瞳平面的给定平面中测得。
邻近光瞳的光学元件的光学表面处的场分布或局部辐照度基本上对应于进入成像光学系统的照明辐射的角分布(光瞳)。在投射镜头的情况下，照明光瞳与待成像物体(掩模)的衍射图案卷积(convolve)，但是这通常不会导致明显改变，因为零级衍射通常提供主要贡献。特别地，在新的或未来EUV光刻设备中，仅照明小百分比(例如小于50％)的照明光瞳，所以辐射表面区域相对于表面总面积的比例同样小于50％，导致具有高温和大温度梯度的局部区域及具有低温度的较大区域(A1＜A2，见上文)，使得在邻近光瞳的光学元件情况下，零交叉温度应当选择成大于平均温度。
在另一实施例中，光学元件具有反射EUV辐射的涂层，即，光学元件是EUV反射镜。在该情况下，EUV反射镜的光学表面通常对应于基板的设有涂层的区域。这种反射镜的光学表面可以平面方式实施，但是光学元件通常具有(例如球形)曲率。不必说，必要时，还可对光学表面进行修改，例如设置(中央)通孔。在该情况下，当然，仅在存在基板或反射涂层的表面区域中平均或确定RMS值，即，在平均时不考虑通孔的表面区域。
本发明的另一方面提供了一种EUV光刻设备，包括如上所述实施的投射镜头形式的光学布置。通过恰当地适配投射镜头的一个或多个反射镜的工作温度，可减小或最小化投射镜头的图像像差。不必说，局部辐照度取决于布置在投射镜头上游的照明系统的照明设定(例如，偶极照明、环形照明等)，并且光学表面的平均温度的精确值应当适配于这些设定。EUV光刻的投射镜头(布置有光学元件)可包括真空壳体和真空泵，以在壳体内部产生具有例如小于10-4毫巴、优选小于10-3毫巴的总压力的残余气体氛围。真空泵可例如通过闭环控制驱动或控制，使得真空壳体中的氢部分压力小于10-1毫巴。EUV光刻设备的投射镜头还可包括清洁装置，用于清洁光学表面，更确切地说，至少一个EUV反射镜的多层涂层的顶侧。清洁装置例如可设计成对待清洁的至少一个表面施加清洁气体(例如活性氢形式)，以去除表面上的污染物。清洁装置可包括气体喷嘴，并可如本申请人名义下的WO 2009/059614 A1中那样设计，通过引用将该申请并入本申请的内容中。
在一个实施例中，EUV光刻设备包括照明系统，照明系统设计成产生照明光线，照明光线的照明光瞳具有小于50％、优选小于30％、特别优选小于15％、特别小于1％的光瞳填充。如上进一步所说明的，至少在邻近光瞳的EUV反射镜处的这种低光瞳填充情况下，系统地给出A1＜A2适用的情形，因此，零交叉温度应当选择成大于平均温度，以使波前像差最小。
本发明的另一方面涉及一种构造光学布置的方法，该光学布置包括至少一个光学元件，至少一个光学元件包括光学表面和基板。基板由这样的材料形成，所述材料的取决于温度的热膨胀系数在与参考温度有关的零交叉温度处等于零。该方法包括下列步骤：确定在光学元件的光学表面处期望的局部辐照度，该辐照度在光学布置运行期间产生；确定取决于位置的温度分布，取决于位置的温度分布由光学表面的辐照度产生，与参考温度有关，并具有平均温度、最小温度和最大温度；确定光学表面的平均温度是否小于由最小温度和最大温度形成的平均值，如果情况是这样的话：由零交叉温度大于平均温度的基板制造光学元件。
该方法涉及首先确定运行情况下期望的且以取决于位置的方式变化的光学表面的辐射负载或区域辐照度(辐射密度)，其中，所述确定通常借助计算机模拟来实现。在光学布置运行期间出现的具体条件可用于所述确定。在(EUV)光刻设备的投射镜头形式的光学布置情况下，一个这种参数是例如待成像物体(掩模)下游的照明辐射的平均辐射功率，其可例如处于几个瓦特的范围内(例如1瓦特或5瓦特或大约30瓦特)。其它参数是使用的照明设定(例如偶极照明或环形照明)和待成像在掩模上的结构。由于待成像在掩模上的结构根据应用而不同，所以可使用待成像的模拟结构，待成像的模拟结构构成致密线条、半致密线条和隔离线条(必要时，包括接触孔)的恰当混合或平均，比如通常在用于曝光的掩模情况下所发生。
在随后步骤中，基于进入投射镜头的模拟辐射功率，确定相应光学表面处的取决于光学设计的局部辐照度，并由此确定表面和/或基板的温度分布。在该情况下，除了基板的吸收和导热性，还可考虑进入环境的热传递机制，例如热辐射及到对流(残余)气体的热发射。为了确定温度分布，可使用有限元方法。
之后，确定温度分布的最大和最小值以及在表面上平均的温度，这些值彼此比较，以确定基板的零交叉温度是否应当选择成大于表面的期望平均温度。如果是这样的话，则由基板材料(具有对应的零交叉温度)构成的坯用于制造光学元件。为了制造光学元件，首先处理基板以产生光学表面的期望形式或几何形状。随后可将具有关于例如特定波长EUV辐射的高反射率的反射涂层施加到光学表面。
不必说，根据平均温度与表面处的最大和最小温度之差之间的比较，还可选择零交叉温度对应于平均温度或零交叉温度低于平均温度的基板材料。然而，如上进一步所说明的，在低光瞳填充(＜50％)的情况下，通常至少对于邻近光瞳的光学元件，零交叉温度应当系统地选择成大于平均温度。
在一个变型例中，该方法包括：确定光学表面的由依赖于位置可变的温度分布引起的变形；以及选择零交叉温度，使得波前像差在光学表面处的测量值最小。基于光学表面及下面的基板的温度分布，可确定基板中的应力及产生的长度变化或表面变形。由变形引起的波前像差的测量值可例如是所谓的RMS值(均方根)或取决于RMS值的值(例如RMS2值。)
然而，由波前数值分解为优选正交函数系(例如泽尼面多项式)而产生的特定像差还可充当波前像差的测量值。在光学表面的不同位置处的分解的相关系数(泽尼克系数)或这些系数的组合是特定类型波前像差的表征。对于取决于零交叉温度的给定表面变形，可确定合适的波前像差测量值，并得到相关测量值(例如RMS值)最小的零交叉温度。波前像差的测量值一般仅包括不能以一些其它方式(例如，通过根据其刚体自由度或必要时光学表面的局部变形使光学元件移动而进行补偿的操纵器)补偿的部分变形。
在另一变型中，对于光学布置的所有光学元件，实施确定局部辐照度、温度分布和光学表面的由温度分布引起的变形，相应光学元件由零交叉温度选择成使得波前像差(例如像平面中的图像像差)的测量值或光学布置的波前像差最小的基板制成。在该情况下，模拟由投射镜头在像平面中产生残余光学像差。基于这些像差对由投射镜头产生的图像的影响可评估这些像差，并可检测像差是否位于规格内，即，位于预定区间内。投射镜头的像差取决于相应光学元件的特定零交叉温度。单独光学元件的零交叉温度在模拟期间可以变化，直到在像平面中发现像差的最优值或最小值(满足规格)为止。其中，像差包括尺度误差、远心误差、覆盖、焦深、最佳焦点等，它们由在像平面的多个点处测量的波前或在那儿测量的泽尼克系数积分或求和而产生(见上文)。而且，不同像点处的泽尼克系数可成组为RMS值，RMS值是特定类型像差或图像像差(彗差、像散等)的表征。
在另一变型中，光学表面处的温度分布与时间相关，在波前像差的测量值最大的时刻的温度分布用于选择零交叉温度。如上进一步所说明的，光学布置具有位于非活动态和运行情况之间的瞬态，在瞬态中，光学元件被入射辐射加热至它们的(稳态)工作温度。对于光学元件的温度状态，在加热阶段期间的不同时刻，波前像差的优化不会导致相同的零交叉温度，确切地，最小波前像差所需的零交叉温度与时间相关。因为仅可限定单个零交叉温度，所以有必要从加热期间出现的零交叉温度中进行选择。对于这种选择，可选择像差最大时刻的零交叉温度。可将该值与规格进行比较，并检测该值是否满足所述规格。如果不是这样，必要时可对投射镜头的光学设计进行修改。这使得可确保优化结果在最坏情况下仍满足规格。
在另一变型中，该方法额外地包括：选择零交叉温度，使得零交叉温度具有相对于平均温度的预定差别，所述差别取决于局部辐照度。在该情况下，不仅平均温度选择成低于零交叉温度，而且平均温度与零交叉温度的偏差(差别)以取决于局部辐照度(影响温度的频率分布及在光学表面处引起的波前像差)的方式限定。在该情况下，特别地，相应局部辐照度可分配给由特定工作参数(例如光源的照明设定、辐射强度等)表征的相应运行情况。
在该变型的一个发展例中，零交叉温度与平均温度之间的预定差别由1/2<δT3>/<δT2>给出，其中，δT(x，y)表示取决于位置的温度分布与光学表面的平均温度的偏差。如上进一步所说明的，可通过如此固定零交叉温度而使光学表面的RMS值最小。
从参考示出对本发明重要的细节的附图的本发明的示例性实施例的下列描述和权利要求书中可明白本发明的其它特征和优点。单独特征在各情况中可通过其自身单独地实现或在本发明变型中以任何期望组合作为多个实现。
附图说明
示例性实施例在示意性附图中示出，并在下面的描述中得到说明。附图中：
图1示出包括照明系统和投射镜头的EUV光刻设备的示意图；
图2示出用于图1的投射镜头的EUV反射镜的示意图；
图3a-c示出图2的EUV反射镜的光学表面处的取决于位置的温度分布及由温度分布引起的变形的示意图；
图4示出在图2的EUV反射镜表面处，温度值的频率分布的示意图；以及
图5示出在将图2的EUV反射镜的光学表面加热至其稳态工作温度期间的与时间相关的温度分布图。
具体实施方式
图1示意性地示出EUV光刻设备1。EUV光刻设备包括EUV光源2，用于产生在小于50nm、尤其介于约5nm和约15nm之间的EUV波长范围内具有高能量密度的EUV辐射。EUV光源2可例如实施为产生激光导致的等离子体的等离子体光源形式或同步加速器辐射源。在前一情况下，特别地，如图1所示，可使用聚光反射镜3来聚集EUV光源2的EUV辐射，以形成照明光线4，如此，进一步增加能量密度。照明光线4用于借助照明系统10照明图案化物体M，在本示例中，照明系统包括四个反射光学元件13至16。
图案化物体M可以是反射掩模，例如，其具有反射和非反射或至少较少反射的区域，用于在物体M上产生至少一个结构。或者，图案化物体M可以是多个微反射镜，它们以一维或多维布置布置，并在必要时，可以绕至少一个轴移动，以设定EUV辐射4在相应反射镜上的入射角。
图案化物体M反射一部分照明光线4，并成形为投射光线5，投射光线携带与图案化物体M的结构有关的信息，并辐射进投射镜头20中，投射镜头在基板W上产生图案化物体M的图像或图案体物体的相应部分区域的图像。基板W(例如晶片)包括半导体材料，例如硅，并布置在安装件上，安装件还称为晶片台WS。
在本示例中，投射镜头20包括四个反射光学元件21至24(反射镜)，以在晶片W上产生图案化物体M上存在的结构的图像。通常，投射镜头20中的反射镜的数量介于四和八之间，但是必要时，还可仅使用两个反射镜。
为了在将图案化物体M的相应物点OP成像在晶片W上的相应像点IP期间实现高成像质量，对反射镜21至24的表面形状具有十分严格的要求，反射镜21至24关于彼此或相对于物体M以及相对于基板W的位置或取向还要求纳米范围的精度。特别地，仅当投射镜头20的波前像差足够小时，可产生得到最大可能分辨率的衍射受限成像。在衍射受限投射镜头20的情况下，波前像差的RMS值(均方根)应当小于成像光的波长的1/14。为了实现该目的，反射镜21至24的表面形状必须设定为具有高精度，类似地，反射镜21至24必须十分精确地定位。
在投射镜头20运行期间，会发生投射光线5的辐射的部分(可高达约70％)被相应光学元件21至24吸收的问题。根据吸收的辐射的数量，在相应反射镜21至24中发生加热，结果，热膨胀发生，导致相应反射镜21至24的反射表面变形，这会以非期望的方式改变反射镜21至24的取向或表面形状。解决该问题的一个可能性是使用开环或闭环控制装置30来设定单独反射镜21至24的工作温度或(平均)温度。如此，可保持相应反射镜21至24或相关基板的由温度波动引起的膨胀变化较小。
在如图1所示投射镜头20的情况下，所有四个反射镜21至24包括作为基板材料的掺有TiO2的石英玻璃图2以示例方式示出投射镜头20的第一反射镜21的示意图。第一反射镜21包括由构成的基板32，其TiO2比例选择成使基板32具有期望的零交叉温度TZC(其在基板体积内尽可能恒定)。对于下列考虑，零交叉温度TZC及另一取决于温度的变量Ta与参考温度Tref相关(即，ΔTZC＝TZC-Tref且ΔTa＝Ta-Tref)。参考温度Tref表示(稳态)温度状态，当没有照明光线4供给到EUV光刻设备1时，参考温度存在于基板材料32或投射镜头20中。通常，参考温度Tref对应于环境温度，并可以是例如室温(大约22℃)。
反射涂层31施加到基板32，所述反射涂层包括多个单独层(未详细表示)，多个单独层由具有不同反射率的材料交替地构成。如果处于13.5nm范围内的波长的EUV辐射用于投射镜头20，则单独层通常由钼和硅构成。其它材料组合也是可能的，比如钼和铍、钌和铍或镧和B4C。除了单独层，反射涂层还可包括防止扩散的中间层和防止氧化和/或腐蚀的覆盖层。即使严格来讲，反射涂层31作为整体反射EUV辐射，但是基板32的顶侧在下文中仍称为反射或光学表面31a。
基板32施加至载体33，在载体33中，设置有珀耳帖元件形式的多个加热/冷却元件33a，它们用于尽可能均匀地将基板32加热(必要时冷却)至工作温度，工作温度还称为平均温度ΔTav。作为投射光线5的结果，更确切地说，作为所述投射光线的局部辐照度5a(所述局部辐照度被显示为图2中的偶极照明)的结果，在光学表面31a处出现随位置而变化的温度分布ΔT(x，y)＝T(x，y)-Tref，所述温度分布在图3a、3b中以平面图且分别以沿XYZ坐标系的X方向的截面图示出。为了简化说明，在该情况下假设为平面光学表面31a，但是不必说，光学表面31a通常具有(例如球形)曲率。
不必说，作为珀耳帖元件33a的替代或附加，还可提供其它装置来调节基板32和/或光学表面31a的温度，例如加热线。而且，可通过对光学表面31a施加热辐射来实现温度调节。热辐射可由例如红外发光二极管产生或借助布置成与光学表面相距一段距离的IR激光器产生。必要时，可借助光纤或导光棒将IR辐射引导至光学表面31a和/或基板32附近。在该情况下，热辐射可从下方(从载体33)引入基板32，但是必要时，还可直接从外面(从投射光线5外部的位置)将热辐射辐射至光学表面31a。
反射镜21表面处的取决于位置的温度分布ΔT(x，y)与参考温度Tref(在表面上是恒定的)有关，在本示例中，参考温度是反射镜21的环境温度，对应于室温(Tref＝22℃)。温度分布ΔT(x，y)可表示为表面上的平均值<ΔT(x，y)>＝ΔTav＝<ΔT>＝常数(通常由表面31a的所有位置上的温度分布ΔT(x，y)的积分除以总面积而获得)与平均值ΔTav的(取决于位置的)偏差δT(x，y)之和：
ΔT(x，y)＝ΔTav+δT(x，y)＝<ΔT>+δT(x，y)
在该情况下，在表面上平均的偏差值δT(x，y)根据定义变为零，即<δT>＝0适用。
理想地，与参考温度Tref有关的零交叉温度ΔTZC＝TZC-Tref在基板体积上及反射表面31a上是恒定的。根据温度偏差δT(x，y)和平均值<ΔT>，由温度分布ΔT(x，y)的取决于位置的变化产生的表面变形D(x，y)的幂级数展开为：
D(x，y)＝Dhom+γ(<ΔT>-ΔTZC)δT(x，y)+1/2γδT2(x，y)，(1)
其中，γ表示热膨胀系数在零交叉温度ΔTZC处的(恒定)梯度。
可通常良好地校正(例如借助操纵器)反射镜表面的均匀热膨胀Dhom，所以在此不详细讨论。最初，看上去正确的是，用于反射镜21的操作的最优平均温度<ΔT>对应于零交叉温度ΔTZC，因为方程式(1)中的线性项在该情况下省略。
然而，随后示出为了使反射镜的波前像差(在本示例中由RMS(“均方根”)表示)最小，在特定情况下，更有利的是，反射镜表面处的温度分布的平均值<ΔT>不对应于零交叉温度ΔTZC。RMS值(或其平方，还由RMS2表示)取决于反射表面31a处的变形D(x，y)，如下：
RMS2＝<(D-<D>)2>＝<D2-2D<D>+<D>2>＝<D2>-2<D2>+<D>2，即RMS2＝<D2>-<D>2  (2)
RMS2值是表面变形的测量值，并对应于表面处的变形分布D(x，y)的方差，而RMS值对应于标准偏差。
通过平均，从方程式(1)中得到以下：
<D>＝γ(<ΔT>-ΔTZC)<δT>+1/2γ<δT2>＝1/2γ<δT2>即，下列适用：
<D>2＝1/4γ<δT2>2
考虑到在此省略了均匀成分(homogeneous contribution)Dhom，并使用<δT>＝0适用(见上文)的事实。
求方程式(1)的平方并求平均值，得到：
<D2>＝γ2(<ΔT>-ΔTZC))2<δT2>+γ2(<ΔT>-ΔTZC))<δT3>+1/4γ2<δT4>
为了优化(确定极值)，关于零交叉温度ΔTZC求RMS值(或RMS2＝<D2>-<D>2)的微分，结果设定成等于零。下列应当适用：
dRMS2/dΔTZC＝-2γ2(<ΔT>-ΔTZC))<δT2>-γ2<δT3>＝0
求解零交叉温度ΔTZC，得到：
ΔTZC＝<ΔT>+1/2<δT3>/<δT2>  (3)
修正项1/2<δT3>/<δT2>考虑了反射表面31a处的温度值的频率分布的不对称。如果温度分布是关于平均值<ΔT>对称的(例如高斯)分布，则修正项变为零，因为在该情况下，由于对称，<δT3>＝0适用。
然而，在EUV反射镜的情况下，温度分布一般是很不对称的，其中，特别地，适用的是|δTMIN|<|δTMax|，如在图4中基于频率分布P(δT)举例说明的。在图4所示分布的情况下，<δT3>大于零，因此，最优零交叉温度ΔTZC大于平均温度<ΔT>。参见图3b，当平均温度<ΔT>或ΔTav小于由最大温度ΔTmax和最小温度ΔTmin形成的平均值1/2(ΔTmax+ΔTmin)时，系统地提供频率分布的这种不对称形式(其中，最优零交叉温度ΔTZC大于平均温度<ΔT>)。
还可基于反射表面21a处的取决于位置的温度分布ΔT(x，y)来说明该情况，比如图3a所示，其中，第一区域部分A1(以阴影线方式表示)(温度ΔT(x，y)大于平均温度ΔTav)的表面面积小于第二区域部分A2(温度ΔT(x，y)小于平均温度ΔTav)，即，A1＜A2适用。
如图3a、3b所示，光学表面31a处的温度分布ΔT(x，y)基本上对应于照明光线4在进入投射镜头20时的角分布，因为第一EUV反射镜21布置在光瞳平面25附近，在光瞳平面，取决于位置的照度基本上对应于(与掩模M上的衍射结构卷积)照明系统10的光瞳平面中的场分布。
因此，如果照明系统10产生具有照明光瞳的照明光线4，该照明光瞳具有小于50％、优选小于30％、特别优选小于15％、更优选小于1％的光瞳填充(pupil filling)，即，如果仅照明所述照明光瞳的对应区域部分，则尤其在光瞳附近的光学元件21上选择高于平均温度ΔTav的零交叉温度ΔTZC是有利的。在该情况下，在光瞳附近的光学元件的光学表面31a处通常满足条件A1＜A2。必要时，该条件还可在布置于场平面附近的光学元件处得到满足，前提是照在那儿的局部辐照度产生不对称的温度分布(其中，满足条件A1＜A2)。在该情况下，根据温度分布的不对称度，零交叉温度ΔTZC可选择成为至少0.1K，必要时为至少0.2K，特别为至少0.4K，大于光学表面31a处的平均温度ΔTav。相反地，如果在光学元件处A2＜A1(或者A1＝A2)，则在必要时，还可选择大于(或等于)相应基板的零交叉温度的ΔTZC的平均温度ΔTav。
不必说，除了优化或最小化每个单独反射镜21至24处的波前像差，还可实现对整个投射镜头20的像差(即，由投射镜头20在像平面产生的图像像差或波前像差)的优化。为了优化投射镜头的整个波前像差，在单独反射镜21至24处，必要时，还可偏离平均温度ΔTav(假设整个投射镜头20的波前像差由该偏离改善)，这使相应反射镜21至24处的波前像差最小。作为投射镜头20的像平面中的波前像差的测量值，作为RMS值的替代或附加，可使用其它像差，例如覆盖、焦深、最佳焦点等，或者特定像差，比如彗差、像散等。例如，这些波前像差可在空间像中测量或模拟，这些像差对单独反射镜21至24的受温度控制的变形的依赖性可得以确定。借助温度控制装置30，基于该已知依赖性，可在相应反射镜21至24处设定平均温度ΔTav与零交叉温度ΔTZC之间合适的差别，以使像平面中的波前像差的使用测量值最小。
为了即使在投射光线5于光学元件21或投射镜头20的所有光学元件21至24的反射表面31a上的强度随时间变化的情况下仍可设定期望的平均温度ΔTav，或者为了保持该平均温度ΔTav恒定，类似地，可使用图1所示温度控制装置30，其用于驱动加热装置33a(和/或未示出的用于其它反射镜22至24的其它加热装置)。为了通过闭环控制将基板32的温度控制至期望的平均温度ΔTav，在图2所示示例中，温度传感器35侧向地设置在基板32上，所述温度传感器经由连接线(未示出)连接至控制装置30。替代地或额外地，一个或多个温度传感器(未示出)还可嵌入基板32中或基板32的体积中，以检测光学表面31a下方的不同位置处的温度。在该情况下，可经由从基板32引出的连接线读取温度传感器。必要时，还可经由光学界面(optical interface)等无接触地实现读取。
借助温度控制装置30，还可设定平均温度ΔTav与零交叉温度ΔTZC之间的期望差别，所述差别取决于局部辐照度5a或相应应用，其中，例如，可根据方程式(3)确定该差别。特别地，可提前确定或模拟特定工作参数(例如，偶极照明、环形照明等)的期望局部辐照度或辐射强度5a，并例如基于方程式(3)确定恰当的差别ΔTav-ΔTZC。工作参数与相应地选择的差别之间的分配可存储在温度控制装置30中，以能够根据工作参数选择或设定期望差别。然而，基于在工作期间于光学表面31a处测量或模拟得到的取决于位置的温度分布，还可确定或计算表面31a处的温度的频率分布及其对表面31a的形状或波前像差的影响。该信息可由温度控制装置30使用，以设定期望差别。
特别地，温度控制装置30还可用在瞬变情况中，即，紧接在照明辐射4施加至投射镜头20之后，其中，反射镜21的表面31a(没有额外加热)处的平均温度ΔTav及最大和最小温度ΔTmax、ΔTmin以与时间相关的方式变化，直到达到具有恒定平均温度ΔTav，s及相应的恒定最大和最小温度ΔTmax，s、ΔTmin，s的稳态温度状态为止，参见图5。
为了即使在没有辐射的情况下仍达到稳态温度状态，温度控制装置30可用于在照明辐射施加至投射镜头20之前将反射镜21至24加热至期望(稳态)平均温度ΔTav，s。在该情况下，加热装置33a在瞬变情况(其中，照明辐射额外地由相应基板32吸收)下的加热功率应当适配成由基板吸收的总热功率(辐射功率与加热功率之和)及基板32和/或光学表面31a的平均温度保持恒定，即，加热功率在瞬变情况下应当逐渐减小，以尽可能恒定地保持平均温度ΔTav。
如上所说明的，可通过使反射镜表面的平均温度ΔTav与零交叉温度ΔTZC合适地彼此适配而使单独反射镜21至24处或整个投射镜头20的波前像差最小。如上所说明的，这种适配可借助温度控制装置30来实现，温度控制装置以适当方式设定相应反射表面31a处的平均温度ΔTav。然而，零交叉温度ΔTZC可仅在生产或构造投射镜头20期间进行设定，而不在运行期间进行设定。为了构造投射镜头20或为了选择相应反射镜21至24的基板材料32的合适零交叉温度ΔTZC，采取下列程序：
首先，确定反射镜21的光学表面31a处的在工作情况下期望的局部辐照度5a，为此，通常使用对投射光线5的进入投射镜头20的照明光线4的计算机模拟。然后，从局部变化的辐照度5a确定光学表面31a处的温度分布，为此，通常考虑所有热传导机制(进入基板32的热传递，还有表面31a处的热辐射和至残余气体的热发射)。如果Δ1＜A2或平均温度ΔTav低于由最小和最大温度ΔTmin、ΔTmax形成的平均值1/2(ΔTmax+ΔTmin)的情况适用于温度分布ΔT(x，y)，则基板材料选择成其零交叉温度ΔTZC比对应于由辐射产生的期望工作温度的平均温度ΔTav大。
在工作情况下的平均温度ΔTav是在加热反射镜21至24之后确立的静态温度ΔTav，s。然而，不必说，如果温度控制装置30在瞬变情况下不能确保光学表面31a处的平均温度ΔTav(t)保持基本恒定，则平均温度ΔTav在瞬变情况下(参见图5)以与时间相关的方式变化。对于相应时刻t呈现的平均温度ΔTav(t)，类似变化的最优(即像差最小)零交叉温度ΔTZC(t)在该情况下出现。由于在基板32制造之后最终限定零交叉温度ΔTZC，所以有必要在瞬变情况下从不同零交叉温度ΔTZC(t)中进行选择。该选择可例如进行成在产生的波前像差最大的时刻t*选择零交叉温度ΔTZC(t)。这使得可确保波前像差仍位于规格内，即使在最坏情形下也如此。
举例来说，为了检查波前像差的RMS值是否满足规格，可比较RMS值与合适的阀值，例如EUV辐射波长的一部分(例如，1/14，见上文)，以确保投射镜头20是衍射受限的。当然，还可比较投射镜头20的波前像差的其它测量值与对应的阀值，以确定它们是否满足规格。

Claims (21)

1.光学布置，尤其是微光刻的投射镜头(20)，包括：
至少一个光学元件(21至24)，包括光学表面(31a)和基板(32)，其中，所述基板(32)由材料形成，所述材料的取决于温度的热膨胀系数在与参考温度(Tref)有关的零交叉温度(ΔTZC＝TZC-Tref)处等于零，
其中，在所述光学装置(20)运行期间，所述光学表面(31a)具有取决于位置的温度分布(ΔT(x，y)＝T(x，y)-TRef)，该取决于位置的温度分布依赖于局部辐照度(5a)，与所述参考温度(Tref)有关，并具有平均温度(ΔTav)、最小温度(ΔTmin)和最大温度(ΔTmax)，
其中，所述平均温度(ΔTav)小于由所述最小温度(ΔTmin)和所述最大温度(ΔTmax)形成的平均值(1/2(ΔTmax+ΔTmin))，并且
其中，所述零交叉温度(ΔTZC)大于所述平均温度(ΔTav)。
2.如权利要求1所述的光学布置，包括调节所述光学元件(21)的温度的温度调节装置(33a)以及设计成尤其对于闭环控制设定所述光学表面(31a)处的平均温度(ΔTav)的温度控制装置(30)。
3.如权利要求2所述的光学布置，其中，所述温度控制装置(30)设计成以取决于局部辐照度(5a)的方式设定所述零交叉温度(ΔTZC)与所述平均温度(ΔTav)之间的差别(ΔTZC-ΔTav)。
4.如权利要求3所述的光学布置，其中，所述零交叉温度(ΔTZC)与所述平均温度(ΔTav)之间的差别(ΔTZC-ΔTav)设定为1/2<δT3>/<δT2>，其中，δT(x，y)表示所述取决于位置的温度分布(ΔT(x，y))与所述光学表面(31a)的平均温度(ΔTav)的偏差。
5.如权利要求3或4所述的光学布置，其中，所述平均温度(ΔTav)设定成使所述光学表面(31a)处的波前像差的测量值最小。
6.如权利要求3至5任一项所述的光学布置，其中，所述光学布置(20)的所有光学元件(21至24)的平均温度(ΔTav)设定成使所述光学布置(20)的波前像差的测量值最小。
7.如权利要求3至6任一项所述的光学布置，其中，所述波前像差的测量值从包括以下内容的组中选择：RMS值、覆盖误差、尺度误差、远心误差、焦深、最佳焦点、彗差和像散。
8.如权利要求2至7任一项所述的光学布置，其中，所述温度控制装置(30)设计成使所述温度调节装置(33a)的加热功率适配于由所述基板(32)吸收的辐射功率，使得所述平均温度(ΔTav)保持恒定。
9.如上述权利要求任一项所述的光学布置，其中，所述零交叉温度(ΔTZC)为至少0.1K，优选为至少0.2K，特别地为至少0.4K，大于所述光学表面(31a)的平均温度(ΔTav)。
10.如上述权利要求任一项所述的光学布置，其中，所述光学表面(31a)具有第一区域部分(A1)和第二区域部分(A2)，在所述第一区域部分，所述温度(ΔT(x，y))大于所述平均温度(ΔTav)，在所述第二区域部分，所述温度(ΔT(x，y))小于所述平均温度(ΔTav)，其中，所述第一区域部分(A1)小于所述第二区域部分(A2)。
11.如上述权利要求任一项所述的光学布置，其中，所述光学元件(21)布置在光瞳平面(25)附近。
12.如上述权利要求任一项所述的光学布置，其中，所述光学元件(21至24)具有反射EUV辐射的涂层(31)。
13.EUV光刻设备(1)，包括根据上述权利要求任一项的投射镜头(20)形式的光学布置。
14.如权利要求13所述的EUV光刻设备，包括照明系统(10)，所述照明系统设计成产生照明光线(4)，所述照明光线的照明光瞳具有小于50％、优选小于30％、特别优选小于15％、特别小于1％的光瞳填充。
15.用于构造光学布置、尤其是微光刻的投射镜头(20)的方法，其中，所述光学布置包括至少一个光学元件(21至24)，所述至少一个光学元件包括光学表面(31a)和基板(32)，其中，所述基板(32)由材料形成，所述材料的取决于温度的热膨胀系数在与参考温度(Tref)有关的零交叉温度(ΔTZC＝TZC-Tref)处等于零，所述方法包括：
确定在所述光学布置(20)运行期间在所述光学元件(21)的光学表面(31a)处产生的局部辐照度(5a)；
确定取决于位置的温度分布(ΔT(x，y)＝T(x，y)-TRef)，该取决于位置的温度分布由光学表面(31a)处的辐照度(5a)产生，与参考温度(Tref)有关，并具有平均温度(ΔTav)、最小温度(ΔTmin)和最大温度(ΔTmax)；
确定所述光学表面(31a)处的平均温度(ΔTav)是否小于由所述最小温度(ΔTmin)和所述最大温度(ΔTmax)形成的平均值(1/2(ΔTmax+ΔTmin))，如果是这样：
从零交叉温度(ΔTZC)大于所述平均温度(ΔTav)的基板(32)制造光学元件(21)。
16.如权利要求15所述的方法，还包括：
确定所述光学表面(31a)的变形(D(x，y))，所述变形由取决于位置可变的温度分布(ΔT(x，y))引起；以及
选择所述零交叉温度(ΔTZC)，使得所述光学表面(31a)处的波前像差的测量值最小。
17.如权利要求15或16所述的方法，其中，对于所述光学布置(20)的所有光学元件(21至24)，实施确定所述局部辐照度(5a)、所述温度分布(ΔT(x，y))和所述光学表面(31a)的由所述温度分布(ΔT(x，y))引起的变形(D(x，y))，以及其中，相应光学元件(21至24)由零交叉温度(ΔTZC)选择成使所述光学布置(20)的波前像差的测量值最小的基板(32)制成。
18.如权利要求16或17所述的方法，其中，所述波前像差的测量值从包括以下内容的组中选择：RMS值、覆盖误差、尺度误差、远心误差、焦深、最佳焦点、彗差和像散。
19.如权利要求16至18任一项所述的方法，其中，所述光学表面(31a)处的所述温度分布(ΔT(x，y))是时间相关的，以及其中，在所述波前像差的测量值最大的时刻的温度分布(ΔT(x，y))用于选择零交叉温度(ΔTZC)。
20.如权利要求15至19任一项所述的方法，还包括：选择所述零交叉温度(ΔTZC)，使得所述零交叉温度(ΔTZC)具有相对于所述平均温度(ΔTav)的预定差别(ΔTZC-ΔTav)，所述差别取决于所述局部辐照度(5a)。
21.如权利要求20所述的方法，其中，所述零交叉温度(ΔTZC)与所述平均温度(ΔTav)之间的预定差别(ΔTZC-ΔTav)由1/2<δT3>/<δT2>给出，其中，δT(x，y)表示所述取决于位置的温度分布(ΔT(x，y))与所述光学表面(31a)的所述平均温度(ΔTav)的偏差。
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