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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Mehrlagen-Beschichtung
zur Reflexion von Strahlung im weichen Röntgen- oder EUV-Wellenlängenbereich
auf einem optischen Element, sowie ein optisches Element, das bei
einer Betriebstemperatur von 30° oder mehr, bevorzugt von
100°C oder mehr, besonders bevorzugt von 150°C
oder mehr, insbesondere von 250°C oder mehr in einer optischen
Anordnung betrieben wird. Die Erfindung betrifft auch eine optische
Anordnung mit mindestens einem solchen optischen Element.
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Optische
Elemente für den weichen Röntgen- oder EUV-Wellenlängenbereich
(d. h. für Wellenlängen, die typischer Weise zwischen
5 nm und 20 nm liegen) werden unter anderem in optischen Anordnungen
wie Projektionsbelichtungsanlagen für die Mikrolithographie
zur Herstellung von Halbleiterbauelementen eingesetzt. Da bei diesen
Wellenlängen keine optischen Materialien bekannt sind,
die eine ausreichende Transmission aufweisen, werden die optischen
Elemente in Reflexion betrieben, wobei die maximale Reflektivität
der optischen Elemente bei diesen Wellenlängen typischer
Weise nicht mehr als ca. 70% beträgt, d. h. ca. ein Drittel
der auf ein reflektives optisches Element auftreffenden Strahlung
wird nicht reflektiert und trifft daher nicht auf die im optischen
Strahlengang nachfolgenden optischen Elemente. Demzufolge sind optische
Elemente, die weiter vorne im Strahlengang, d. h. näher
bei der EUV-Lichtquelle, angeordnet sind, einer erheblich höheren
Strahlenbelastung ausgesetzt und erwärmen sich weitaus
stärker als dies für weiter hinten im Strahlengang
befindliche optische Elemente der Fall ist. So kann beispielsweise
die Temperatur eines Kollektorspiegels, der als erstes optisches
Element auf die EUV-Lichtquelle folgt, im Betrieb der optischen
Anordnung zwischen ca. 200°C und ca. 400°C oder
darüber betragen. Die Temperatur der nachfolgenden optischen
Elemente im Beleuchtungssystem kann bei 200°C oder mehr
liegen und selbst im Projektionssystem der optischen Anordnung können
noch Temperaturen von ca. 60°C und darüber auftreten.
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Die
Mehrlagen-Beschichtungen der zur Reflexion von Strahlung im EUV-Wellenlängenbereich
verwendeten optischen Elemente weisen in der Regel alternierende
Schichten aus Materialien mit hohem und niedrigem Brechungsindex
auf, z. B. alternierende Schichten aus Molybdän und Silizium,
deren Schichtdicken so aufeinander abgestimmt sind, dass die Beschichtung
ihre optische Funktion erfüllen kann und insbesondere eine
hohe Reflektivität gewährleistet ist. Bei der
Erwärmung der Mehrlagen-Beschichtungen der optischen Elemente
auf die oben genannten, hohen Temperaturen kann es jedoch zu thermischen
Belastungen der Mehrlagen-Beschichtungen kommen, die sich negativ
auf die optischen Eigenschaften der optischen Elemente auswirken,
wie im Folgenden im Einzelnen dargestellt wird.
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Aus
der
WO 2007/090364 ist
bekannt, dass die üblicher Weise als Schichtmaterialien
eingesetzten Substanzen Molybdän und Silizium bei hohen
Temperaturen zu Bildung von Molybdänsilizid durch Interdiffusionsprozesse
an ihren Grenzflächen neigen, was zu einer Verringerung
der Reflektivität auf Grund einer irreversiblen Abnahme
der Schichtdicke der Schichtpaare führt, die eine Verschiebung
des Reflektivitätsmaximums der Mehrlagen-Beschichtung für
die auftreffende Strahlung hin zu einer geringeren Wellenlänge
bewirkt. In der
WO 2007/090364 wird
zur Behebung dieses Problems vorgeschlagen, an Stelle von Silizium
ein Siliziumborid und an Stelle von Molybdän ein Molybdännitrid
zu verwenden.
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Die
DE 100 11 547 C2 schlägt
zur Lösung dieses Problems vor, an den Grenzflächen
der Silizium- und Molybdän-Schichten eine Barriere-Schicht
aus Mo
2C anzubringen, um die Interdiffusion
zwischen den Schichten zu verhindern und dadurch die thermische
Stabilität der Mehrlagen-Beschichtung zu verbessern.
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Aus
der
DE 10 2004
002 764 A1 der Anmelderin ist es bekannt, dass die Schichten
einer Mehrlagen-Beschichtung bei deren Aufbringung mittels bestimmter
Beschichtungsverfahren eine amorphe Struktur mit geringerer Dichte
als die entsprechenden Materialien als Festkörper aufweisen.
Die zunächst geringe Dichte der Schichten nimmt bei erhöhten
Temperaturen irreversibel zu, so dass es zu einer Reduzierung der Schichtdicken
der einzelnen Schichten und damit einhergehend einer Zunahme der
Periodenlänge der Beschichtung kommt. Dies hat ebenfalls
zur Folge, dass die Wellenlänge, bei der die Mehrlagen-Beschichtung ein
Maximum der Reflektivität annimmt, sich verschiebt. Im
Extremfall kann sich die Periodenlänge so weit ändern,
dass die mit der Mehrlagen-Beschichtung belegten optischen Elemente
unbrauchbar werden. In der
DE 10 2004 002 764 A1 wird zur Lösung
dieses Problems vorgeschlagen, beim Aufbringen der Schichten ein Übermaß vorzuhalten,
sowie die irreversible Verkleinerung der Schichtdicken durch Tempern
der Mehrlagen-Beschichtung vorweg zu nehmen, bevor diese in einer
optischen Anordnung eingesetzt wird.
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Aufgabe der Erfindung
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen einer Mehrlagen-Beschichtung,
ein optisches Element sowie eine optische Anordnung bereitzustellen,
deren optische Eigenschaften auch bei hohen Betriebstemperaturen
nicht beeinträchtigt werden.
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Gegenstand der Erfindung
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Diese
Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren der eingangs genannten
Art, umfassend die Schritte: Bestimmen eines optischen Designs für
die Mehrlagen- Beschichtung, das eine optische Soll-Schichtdicke
der Schichten der Mehrlagen-Beschichtung bei der Betriebstemperatur
festlegt, und Aufbringen der Schichten der Mehrlagen-Beschichtung
mit einer optischen Ist-Schichtdicke, die so gewählt wird,
dass eine durch thermische Ausdehnung der Schichten zwischen der
Beschichtungstemperatur und der Betriebstemperatur hervorgerufene
Schichtdickenänderung kompensiert wird.
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Erfindungsgemäß wird
vorgeschlagen, die optische Ist-Dicke der Schichten während
der Beschichtung, die beispielsweise bei Raumtemperatur erfolgen
kann, so zu wählen, dass die thermische Ausdehnung der
Schichten bei der Erwärmung auf die Betriebstemperatur
zur optischen Soll-Schichtdicke und damit zum gewünschten
optischen Design bei Betriebstemperatur führt. Unter der
optischen Dicke einer Schicht wird hierbei wie allgemein üblich
das Produkt aus Brechungsindex n und physikalischer (geometrischer)
Dicke d der Schicht verstanden. Neben der physikalischen Dicke der
Schichten kann sich bei einer Veränderung der Temperatur
ggf. auch der Brechungsindex der Schichten verändern. Es
versteht sich, dass die optischen Ist-Dicken der einzelnen Schichten
jeweils für sich so gewählt werden können,
dass sich die optischen Soll-Dicken bei der Betriebstemperatur einstellen.
Alternativ kann aber zur Vereinfachung lediglich die effektive optische
Ist-Dicke der gesamten Mehrlagen-Beschichtung so gewählt
werden, dass sich eine effektive optische Soll-Dicke der Mehrlagen-Beschichtung
einstellt. Ferner kann häufig auch die Variation des Brechungsindex
vernachlässigt werden, so dass lediglich die geometrische
Ist-Schichtdicke so angepasst werden muss, dass sich bei der Betriebstemperatur
die geometrische Soll-Schichtdicke einstellt.
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Im
Gegensatz zum Stand der Technik wird die reversible Schichtdickenänderung,
die sich durch das Aufheizen der optischen Elemente bei deren Betrieb
bei einer hohen Betriebstemperatur ergibt, bei der Herstellung der
Mehrlagen-Beschichtung berücksichtigt. Da die Beschichtung
in der Regel bei einer geringeren Temperatur als bei der Betriebstemperatur
erfolgt, wird in der Regel die Ist-Schichtdicke geringer gewählt
als die Soll-Schichtdicke. Es versteht sich, dass zusätzlich
auch die oben beschriebenen, aus dem Stand der Technik bekannten
Maßnahmen zur Kompensation der irreversiblen Veränderung
der Schichtdicken angewendet werden können. Insbesondere
empfiehlt es sich, bei optischen Elementen, die bei Temperaturen
von mehr als 100°C betrieben werden, Zwischenschichten
(engl. „barrier layers”) vorzusehen oder ggf.
Silizium und Molybdän durch geeignetere hitzebeständige
Schichtmaterialien zu ersetzen.
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In
einer vorteilhaften Variante wird zur Ermittlung der Schichtdickenänderung
ein linearer Temperatur-Ausdehnungskoeffizient der Schichten der
Mehrlagen-Beschichtung bestimmt oder mindestens eine optische Eigenschaft
des optischen Elements bei der Betriebstemperatur vermessen. Bei
bekannter Temperatur-Differenz zwischen Beschichtungs- und Betriebstemperatur
kann durch Bestimmung des Temperatur-Ausdehnungskoeffizienten auf
einfache Weise aus der (physikalischen) Soll-Dicke der Schichten
die Ist-Dicke der Schichten berechnet werden, wobei bei der Berechnung
in der Regel von einem über das Temperaturintervall zwischen
Beschichtungs- und Betriebstemperatur konstanten linearen Temperatur-Ausdehnungskoeffizienten ausgegangen
wird. Es versteht sich, dass hierbei zur Vereinfachung ein einheitlicher
Temperatur-Ausdehnungskoeffizient der gesamten Mehrlagen-Beschichtung,
d. h. ein über die einzelnen Materialien gemittelte Temperatur-Ausdehnungskoeffizient
bestimmt bzw. gemessen werden kann. Alternativ kann für
jedes Beschichtungsmaterial einzeln der ggf. auch von der Art des
Beschichtungsverfahrens abhängige Temperatur-Ausdehnungskoeffizient
bestimmt werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine
Vermessung mindestens einer optischen Eigenschaft des optischen
Elements bei der Betriebstemperatur erfolgen. Insbesondere kann
hierbei die Reflektivität in Abhängigkeit von
der Wellenlänge und/oder vom Einfallswinkel vermessen werden.
In diesem Fall können nacheinander mehrere optische Elemente
mit unterschiedlichen Ist-Schichtdicken erstellt und deren optische
Eigenschaften bei der Betriebstemperatur vermessen werden, um festzustellen,
bei welchen Ist-Schichtdicken das gewünschte optische Design
erreicht wird. Bei Beschichtungsverfahren, bei denen der eingangs
genannte Effekt der irreversiblen Dichtevergrößerung
auftritt, kann die hierdurch ausgelöste Verkleinerung der
Schichtdicken bei der Bestimmung der Ist-Schichtdicke(n) ebenfalls
mit berücksichtigt werden.
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Bei
typischen Mehrlagen-Beschichtungen wird von einer relativen Dickenänderung
von 1 Promille oder mehr bei einer Temperaturänderung von
150 K ausgegangen. Insbesondere kann sich bei einer Temperaturänderung
von 150 K auch der relative Abstand zwischen zwei aufeinander folgenden
Schichten der Mehrlagen-Beschichtung mit hohem Realteil des Brechungsindex
um 1 Promille oder mehr verändern. Für ein klassisches
Mo/Si-Mehrfachschichtsystem haben die Erfinder einen linearen Temperatur-Ausdehnungskoeffizienten
von ca. 0,8 10–6 1/k ermittelt.
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In
einer vorteilhaften Variante wird die optische Ist-Schichtdicke
gleich der optischen Soll-Schichtdicke gewählt und die
Beschichtung des optischen Elements erfolgt bei der Betriebstemperatur,
wobei bevorzugt die Temperatur des optischen Elements auf die Betriebstemperatur
geregelt wird. In diesem Fall wird das optische Element während
der Beschichtung bevorzugt homogen auf die Betriebstemperatur aufgeheizt,
so dass die Beschichtung mit einer Ist-Schichtdicke erfolgen kann,
die der Soll-Schichtdicke entspricht. Hierdurch kann auf die Messung
des Temperatur-Ausdehnungskoeffizienten verzichtet werden, so dass
keine ggf. durch die lineare Näherung entstehenden Ungenauigkeiten
dazu führen können, dass die Soll-Schichtdicken
des optischen Designs bei der Betriebstemperatur nicht exakt erreicht
werden können. Die Temperatur des optischen Elements kann
hierbei z. B. über ein regelbares Heizelement auf der Betriebstemperatur
gehalten werden. Es versteht sich, dass das optische Element bei
der Beschichtung auch inhomogen aufgeheizt werden kann, um die Temperaturverteilung
nachzubilden, die während des Betriebs auf dem optischen
Element entsteht.
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In
einer besonders bevorzugten Variante ist das optische Design der
Mehrlagen-Beschichtung des optischen Elements bezüglich
mindestens einer temperaturabhängigen optischen Eigenschaft,
insbesondere der Reflektivität des optischen Elements für
die Betriebswellenlänge, bei der Betriebstemperatur optimiert.
Die Reflektivität der Mehrlagen-Beschichtung weist in Abhängigkeit
von der Wellenlänge eine Verteilung mit einem stark ausgeprägten
Maximum auf, dessen Wellenlänge idealer Weise mit der Betriebswellenlänge
der optischen Anordnung, in der das optische Element betrieben werden
soll, übereinstimmt. Die Halbwertsbreite der Verteilung
beträgt ca. 0,6 nm. Das optische Design weist hierbei bei
der Betriebstemperatur Soll-Schichtdicken auf, die so gewählt
sind, dass das Reflektivitätsmaximum bei der Betriebswellenlänge
liegt. Wie oben dargestellt, ändert sich die Wellenlänge
des Reflektivitätsmaximums mit der Periodenlänge
der Schichten der Mehrlagen-Beschichtung, die mit zunehmender Temperatur
zunimmt. Entsprechend verschiebt sich das Maximum der Reflektivität
hin zu größeren Wellenlängen. Die Ist-Schichtdicken
des optischen Designs bei der Beschichtungstemperatur sind daher
bezüglich der Soll-Schichtdicken verstimmt und so gewählt,
das sich bei der Betriebstemperatur das Reflektivitätsmaximum
an der Betriebswellenlänge, insbesondere bei 13,5 nm, einstellt.
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In
einer Variante variiert die Betriebstemperatur des optischen Elements
zumindest in einer Richtung entlang der optischen Oberfläche
und beim Beschichten des optischen Elements werden die Schichten
mit Ist-Schichtdicken aufgebracht, die entlang der zumindest einen
Richtung variieren. Tritt durch die Erwärmung des optischen
Elements eine konstante, aber inhomogene Temperaturerhöhung
ein, kann diese durch eine ortsabhängige Verstimmung der
Ist-Schichtdicken gegenüber den Soll-Schichtdicken kompensiert
werden, was auch als sog. lateraler Gradient (engl. „lateral
grading”) bezeichnet wird. Es versteht sich, dass nicht zwangsläufig
bei der Betriebstemperatur eine Mehrlagen-Beschichtung mit konstanter
Soll-Schichtdicke entstehen muss. Vielmehr können auch
die Soll-Schichtdicken einen lateralen Gradienten aufweisen, insbesondere
wenn sich der mittlere Einfallswinkel in Abhängigkeit vom
Ort auf der optischen Oberfläche verändert, so dass
eine ortsabhängige Optimierung der Schichtdicken zur Erzeugung
einer ortsabhängigen, maximalen Reflektivität
des optischen Elements erforderlich ist. Es versteht sich, dass
die ortsabhängige Temperaturerhöhung insbesondere
bei optischen Elementen, die im Beleuchtungssystem einer optischen
Anordnung angeordnet sind, vom den jeweiligen Beleuchtungs-Einstellungen
(engl. „settings”) abhängig sein können.
In diesem Fall kann eine Optimierung vorgenommen werden, die einem „mittleren” Beleuchtungssetting
entspricht, d. h. eine Optimierung, die so gewählt ist,
dass bei allen verwendeten Beleuchtungssettings noch ein Betrieb mit
zufrieden stellenden Eigenschaften der optischen Elemente sichergestellt
ist.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung ist verwirklicht in einem optischen
Element der eingangs genannten Art, bei dem das optische Design
der Mehrlagen-Beschichtung bezüglich mindestens einer temperaturabhängigen
optischen Eigenschaft, insbesondere der Reflektivität des
optischen Elements für die Betriebswellenlänge,
bei der Betriebstemperatur optimiert ist. Das optische Element weist
somit ein optisches Design auf, bei dem das Maximum der Reflektivität
für die Betriebswellenlänge (z. B. 13,5 nm) nicht
bei Raumtemperatur (22°C) erreicht wird, sondern erst bei
der Betriebstemperatur, die bei 30°C oder darüber
liegt. Es versteht sich, dass neben der Reflektivität auch
andere optische Eigenschaften des optischen Elements optimiert werden können,
z. B. wenn das optische Element in einem Beleuchtungssystem im Strahlengang
nach einer Lichtmischeinrichtung angeordnet ist, die ein Beleuchtungsfeld
formt, das bis zur Objektebene erhalten werden soll. In diesem Fall
kann das optische Design eines optischen Elements bei der Betriebstemperatur
von den Eigenschaften weiterer optischer Elemente abhängen,
d. h. die optischen Designs mehrerer optischer Elemente werden so
aneinander angepasst, dass eine globale Eigenschaft der optischen
Anordnung, z. B. deren Uniformität oder Telezentrie, bei
der Betriebstemperatur optimiert wird. Als „Optimierung” wird
im Sinne dieser Anmeldung typischerweise eine Maximierung oder Minimierung
einer optischen Eigenschaft verstanden, z. B. eine Maximierung der
Reflektivität des optischen Elements.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform stimmt die Wellenlänge
des Maximums der Reflektivität des optischen Elements bei
der Betriebstemperatur mit der Betriebswellenlänge überein,
wobei insbesondere die Wellenlänge des Maximums der Reflektivität
des optischen Elements bei der Betriebstemperatur gegenüber der
Wellenlänge des Maximums der Reflektivität des
optischen Elements bei Raumtemperatur um mehr als 2 Promille, ggf.
um mehr als 4 Promille bezüglich der Betriebswellenlänge
verschoben ist. Das optische Design bzw. die Dicken der Schichten
sind in diesem Fall so gewählt, dass das Reflektivitätsmaximum
bei der Betriebstemperatur und bei einem vorgegebenen Lichteinfallswinkel
angenommen wird. Die Verschiebung des Intensitätsmaximums
um mehr als 2 Promille wird z. B. bei den herkömmlichen
Mo/Si-Schichtsystemen bei einer Temperaturdifferenz von ca. 250
K gegenüber Raumtemperatur, eine Verschiebung um 4 Promille
bei einer Temperaturdifferenz von ca. 500 K erreicht. Derart hohe
Temperaturen werden insbesondere an optischen Elementen erreicht,
die im Beleuchtungssystem von EUV-Lithographieanlagen im Strahlengang
in der Nähe der Lichtquelle angeordnet sind.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform ist die Reflektivität
des optischen Elements bei der Betriebstemperatur für einen
mittleren Lichteinfallswinkel maximiert, der zwischen 0° und
30°, bevorzugt zwischen 5° und 20°, besonders
bevorzugt zwischen 10° und 15° liegt. Der mittlere
Lichteinfallswinkel kann hierbei ortsabhängig variieren
und die Mehrlagen-Beschichtung einen lateralen Gradienten aufweisen,
um die Reflektivität des optischen Elements in Abhängigkeit
vom Ort auf der optischen Oberfläche zu maximieren.
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Wenn
die Betriebstemperatur zumindest in einer Richtung entlang der optischen
Oberfläche des optischen Elements variiert, weist die Mehrlagen-Beschichtung
zur Optimierung der mindestens einen Eigenschaft bevorzugt einen
Gradienten der Schichtdicken der Schichten der Mehrlagen-Beschichtung
in der zumindest einen Richtung auf. Durch das Vorsehen eines lateralen
Schichtdicken-Gradienten kann das optische Design an die lokale
Betriebstemperatur des optischen Elements angepasst werden. Dies
ist insbesondere an optischen Elementen von Vorteil, bei denen ein
nicht an die ortsabhängige Variation der Temperatur angepasstes optisches
Design unmittelbare Auswirkungen auf die optische Eigenschaften
des Gesamtsystems hat, was z. B. bei feldnahen Spiegeln im Beleuchtungssystem
in Bezug auf die Uniformität (engl. „uniformity”)
der Fall sein kann.
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Bei
einer vorteilhaften Variante ist das optische Element als Facettenspiegel
mit einer Mehrzahl von Einzelspiegeln ausgebildet, wobei jeweils
mindestens eine optische Eigenschaft der Einzelspiegel bei der Betriebstemperatur
optimiert ist. Bei Facettenspiegeln, die eine Mehrzahl von Einzelspiegeln
in einer in der Regel matrixförmigen Anordnung aufweisen,
kann eine ortsabhängige Berücksichtigung der Temperaturunterschiede auf
besonders einfache Weise dadurch erfolgen, dass die Beschichtung
der jeweiligen Einzelspiegel für die lokale Betriebstemperatur
optimiert wird. Hierbei kann für die Schichtdicken der
Schichten der Mehrlagen-Beschichtung auf den Einzelspiegeln eine
jeweils konstante Dicke gewählt werden und dennoch bezogen
auf den gesamten Facettenspiegel ein ortsabhängig optimiertes
optisches Design erreicht werden.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung ist verwirklicht in einer optischen
Anordnung, insbesondere einer Projektionsbelichtungsanlage für
die EUV-Lithographie, umfassend: ein Beleuchtungssystem zur Ausleuchtung
eines Objektfeldes, ein Projektionssystem zur Abbildung des Objektfeldes
auf ein Bildfeld, und mindestens ein in einem Strahlengang der optischen
Anordnung angeordnetes optisches Element wie oben beschrieben. Das
mindestens eine optische Element wird hierbei typischer Weise durch
die Lichtquelle auf die Betriebstemperatur aufgeheizt und hat im
nachfolgenden Betrieb der optischen Anordnung eine im Wesentlichen
konstante, ggf. ortsabhängig variable Betriebstemperatur,
bei der die mindestens eine optische Eigenschaft optimiert ist.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das optische
Design des mindestens einen optischen Elements so gewählt,
dass mindestens ein Abbildungsfehler der optischen Anordnung bei
der Betriebstemperatur des optischen Elements optimiert ist. Es
versteht sich, dass zur Optimierung, d. h. in der Regel zur Minimierung
der Abbildungsfehler der optischen Anordnung die optischen Designs
mehrerer optischer Elemente, die unterschiedliche Betriebstemperaturen
aufweisen, auch gemeinsam optimiert bzw. aufeinander abgestimmt
werden können.
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In
einer bevorzugten Weiterbildung ist der Abbildungsfehler ausgewählt
aus der Gruppe umfassend: Telezentrie, Uniformität, Pupillen-Elliptizität
und Pupillen-Apodisierung. Es versteht sich, dass ggf. nicht alle Abbildungsfehler
gemeinsam optimiert werden können, zumal diese in der Regel
auch vom gewählten Beleuchtungssetting abhängig
sind. Die Optimierung der Abbildungsfehler wird in der Regel nur
an optischen Elementen vorgenommen, bei denen bereits ein abzubildendes
Feld vorliegt, was z. B. im Beleuchtungssystem nach der Lichtmischeinrichtung
der Fall ist, die z. B. als Wabenkondensor ausgebildet sein kann.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform ist ein Gradient der
Schichtdicken der Schichten der Mehrlagen-Beschichtung mindestens
eines im Beleuchtungssystem angeordneten optischen Elements in zumindest einer
Richtung so gewählt, dass bei der Betriebstemperatur des
optischen Elements die Uniformität in einer Objektebene
der optischen Anordnung in der zumindest einen Richtung kleiner
als 5%, bevorzugt kleiner als 2%, insbesondere kleiner als 1% ist.
Dies kann insbesondere dann erreicht werden, wenn das optische Element
in der zumindest einen Richtung ein feldnahes optisches Element
ist, d. h. ein optisches Element, bei dem Ortskoordinaten auf der
optischen Oberfläche Ortskoordinaten des Objektfelds entsprechen.
Es versteht sich, dass ein und dasselbe optische Element in einer
ersten Richtung feldnah und in einer zweiten, typischer Weise zur
ersten senkrechten Richtung pupillennah sein kann, d. h. in der
zweiten Richtung entsprechen die Orte auf der optischen Oberfläche
Winkeln im Objektfeld der optischen Anordnung.
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Besonders
bevorzugt weist die optische Anordnung beim Betrieb der optischen
Elemente mit ihrer jeweiligen Betriebstemperatur für die
Betriebswellenlänge eine maximale Gesamttransmission auf,
die bevorzugt gegenüber dem Betrieb der optischen Elemente
bei Raumtemperatur um 2% oder mehr, insbesondere um 3% oder mehr
vergrößert ist. Durch eine geeignete – wie
oben beschriebene – Festlegung der Schichtdicken bei der
Beschichtung kann erreicht werden, dass die optische Anordnung bei
Betriebstemperatur ihre maximale Gesamttransmission aufweist. Insbesondere
kann hierdurch die optische Anordnungbeim Betrieb der optischen
Elemente mit ihrer jeweiligen Betriebstemperatur für die
Betriebswellenlänge eine maximale Gesamttransmission aufweisen,
die um 2% oder mehr, insbesondere um 3% oder mehr vergrößert
ist gegenüber einer (ansonsten identischen) optischen Anordnung,
die beim Betrieb der optischen Elemente bei Raumtemperatur für
die Betriebswellenlänge eine maximale Gesamttransmission
aufweist, d. h. die für den Betrieb bei Raumtemperatur
optimiert wurde.
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Die
Gesamttransmission der optischen Anordnung ergibt sich als Produkt
aus der Transmission des Beleuchtungssystems und der Transmission
des Projektionssystems, die jeweils für sich optimiert
werden können, indem die Reflektivität jedes einzelnen
der in den beiden Systemen angeordneten optischen Elemente maximiert
wird. Auf diese Weise ergeben sich im Idealfall deckungsgleiche
Reflektivitätskurven für alle optischen Elemente
der optischen Anordnung, die ihr gemeinsames Maximum bei der Betriebswellenlänge
haben.
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Die
Gesamttransmission wird hierbei in einem Wellenlängenbereich
von z. B. +/–1% um die Betriebswellenlänge bestimmt
(sog. „in-band” Bereich). Es versteht sich, dass
auch eine möglichst homogene Transmission der optischen
Anordnung erreicht werden sollte, d. h. die Gesamttransmission in
einem jeweiligen ersten Bildfeldpunkt sollte von der Gesamttransmission
an einem jeweiligen zweiten Bildfeldpunkt um nicht mehr als 2% bezogen
auf den größeren Wert der Gesamttransmission abweichen.
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In
einer Ausführungsform weisen mindestens zwei im Strahlengang
aufeinander folgende optische Elemente während des Betriebs
der optischen Anordnung eine unterschiedliche Betriebstemperatur
auf. Wie oben dargestellt entstehen unterschiedliche Betriebstemperaturen
der optischen Elemente im Strahlengang dadurch, dass die optischen
Elemente nur jeweils ca. 70% der auftreffenden Strahlung reflektieren,
so dass die Intensität der auf die optischen Oberflächen
auftreffenden Strahlung um so mehr abnimmt, je weiter diese von
der Lichtquelle entfernt sind. Es versteht sich insbesondere, dass
die optischen Designs der beiden optischen Elemente für
die jeweilige Betriebstemperatur optimiert sind und daher die Ist-Schichtdicken
der Schichten der beiden optischen Elemente bei Raumtemperatur in
der Regel voneinander unterscheiden.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist zum bevorzugt
homogenen Aufheizen der optischen Oberfläche mindestens
eines reflektiven optischen Elements auf die Betriebstemperatur
mindestens ein bevorzugt regelbares Heizelement vorgesehen. Da die
Betriebstemperatur, für die das optische Design der optischen
Elemente ausgelegt ist, in der Regel erst nach einer Betriebszeit
der optischen Anordnung von z. B. ca. 30 Minuten erreicht wird,
kann das optische Element mittels des Heizelements, z. B. eines
Heizdrahts, Peltier-Elements etc. aufgeheizt werden, um das optische
Element schneller auf die Betriebstemperatur zu bringen. Hierbei
bietet es sich an, eine Regelung für das Heizelement vorzusehen,
um das Heizelement bei Erreichen der Betriebs temperatur zu deaktivieren
bzw. ggf. auch bei einer Änderung der Bedingungen bei der
Belichtung, insbesondere bei einem Wechsel des Beleuchtungssettings,
die gewählte Betriebstemperatur zu halten.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand
der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten
zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale
können je einzeln für sich oder zu mehreren in
beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht
sein.
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Zeichnung
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Ausführungsbeispiele
sind in der schematischen Zeichnung dargestellt und werden in der
nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigt:
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1 eine
schematische Darstellung eines EUV-Lithographiesystems gemäß der
Erfindung,
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2a,
b schematische Darstellungen eines optischen Elements mit einer
Mehrlagen-Beschichtung bei Beschichtungs- sowie bei Betriebstemperatur
in einer ersten Richtung,
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3a,
b entsprechende Darstellungen des optischen Elements in einer zweiten
Richtung,
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4a–c
die Reflektivität der optischen Elemente des Beleuchtungssystems
von 1 ohne thermische Kompensation (a), der daraus
resultierenden Transmission des Beleuchtungssystems (b), sowie der
Gesamttransmission des EUV-Lithographiesystems mit bzw. ohne thermische
Kompensation (c), jeweils in Abhängigkeit von der Wellenlänge,
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5 eine
schematische Darstellung der Winkelbelastung eines der optischen
Elemente des Beleuchtungssystems von 1 entlang
einer zweiten Richtung, und
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6a,
b die Uniformität in einer Objektebene des Beleuchtungssystems
von 1 ohne thermische Kompensation (a) bei Betriebstemperatur
und mit Vorhalten der thermischen Kompensation (b) bei Raumtemperatur.
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In 1 ist
eine schematische Darstellung einer Projektionsbelichtungsanlage 1 für
die EUV-Lithographie gezeigt, welche ein Gehäuse 1a aufweist,
dem eine Vakuumerzeugungseinheit 1b (Vakuumpumpe) zugeordnet
ist. Das Gehäuse 1a ist entsprechend der optischen
Funktion der darin angeordneten Komponenten in drei in 1 nicht
bildlich dargestellte Gehäuseteile unterteilt, und zwar
zunächst in einen ersten Gehäuseteil mit einer
Lichterzeugungseinheit 2, welche z. B. eine (nicht gezeigte)
Plasmalichtquelle und einen EUV-Kollektorspiegel 2a zur
Fokussierung der Beleuchtungsstrahlung umfasst.
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In
einem sich daran anschließenden, zweiten Gehäuseteil
ist das Beleuchtungssystem 3 angeordnet, welches dem Strahlverlauf
folgend einen Spiegel mit Feldrasterelementen 5 und einen
Spiegel mit Pupillenrasterelementen 6 als Lichtmischeinrichtung
aufweist. Eine nachfolgende, als Teleskopobjektiv 7 wirkende Gruppe
von drei Spiegeln weist einen ersten und zweiten Spiegel 8, 9 auf,
die unter normalem Einfall betrieben werden, sowie einen dritten
Spiegel 10 mit negativer Brechkraft, auf den das Licht
unter streifendem Einfall trifft. Das Beleuchtungssystem 3 erzeugt
ein möglichst homogenes Bildfeld in einer Objektebene 11,
in der ein Retikel 12 mit einer verkleinert abzubildenden
Struktur (nicht gezeigt) angeordnet ist.
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Die
auf dem Retikel 12 in der Objektebene 11 angeordnete
Struktur wird von einem nachfolgenden Projektionssystem 4,
welches in einem dritten Gehäuseteil angeordnet ist, auf
eine Bildebene 13 abgebildet, in der sich Wafer mit einer
photosensitiven Schicht (nicht gezeigt) befindet. Das Projektionssystem 4 weist
für die verkleinernde Abbildung sechs weitere Spiegel 14.1 bis 14.6 als
reflektive optische Elemente auf.
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Beim
Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage 1 heizen sich
die im Strahlengang 15 der Lichterzeugungseinheit 2 befindlichen
optischen Elemente 2a, 5, 6, 8 bis 10 des
Beleuchtungssystems 3 sowie die optischen Elemente 14.1 bis 14.6 des
Projektionssystems 4 durch die Beleuchtungsstrahlung unterschiedlich
stark auf, wobei sie nach einer Aufwärmehase, die ca. 30
Minuten betragen kann, ein statischer Zustand einstellt, bei dem
die optischen Elemente 2a, 5, 6, 8, 9, 10, 14.1 bis 14.6 ihre
jeweilige Betriebstemperatur erreichen. Die Betriebstemperatur eines
jeweiligen optischen Elements hängt davon ab, wie viele
weitere optische Elemente zwischen diesem und der Lichterzeugungseinheit 2 angeordnet
sind, da an jedem der optischen Elemente 2a, 5, 6, 8, 9, 10, 14.1 bis 14.6 im
günstigsten Fall lediglich ca. 70% der einfallenden Strahlung
reflektiert werden können.
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Wie
oben beschrieben, unterscheidet sich die Temperatur der optischen
Elemente 2a, 5, 6, 8, 9, 10, 14.1 bis 14.6 im
Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage 1 von der Temperatur
im Ruhezustand, typischer Weise Raumtemperatur (ca. 22°C)
teilweise erheblich. Durch die Temperaturerhöhung verändert
sich die Schichtdicke der auf die optischen Elemente 2a, 5, 6, 8, 9, 10, 14.1 bis 14.6 aufgebrachten,
reflektiven Mehrlagen-Beschichtung, die in 2a, b
beispielhaft für den ersten/zweiten Spiegel 8, 9 des
Spiegelteleskops 7 entlang einer ersten Richtung Y dargestellt
ist.
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In 2a ist
das optische Element 8, 9 bei Raumtemperatur TR gezeigt, welche der Temperatur TB bei der Beschichtung des optischen Elements 8 entspricht.
Auf ein Substrat 16 des optischen Elements 8, 9 wird hierbei
durch ein Dünnschicht-Beschichtungsverfahen die Mehrlagen-Beschichtung 17 aufgebracht,
die aus alternierenden Schichten 17.1 aus Molybdän
bzw. Silizium 17.2 besteht. Wie in 2a zu
erkennen ist, weist das optische Element 8, 9 eine
auf die Mehrlagen-Beschichtung 17 aufgebrachte Deckschicht 19 auf,
um die Schichten 17.1, 17.2 u. a. vor Oxidation
zu schützen. An der Oberseite der Deckschicht 19 ist
die optische Oberfläche 19a des optischen Elements 8 gebildet.
-
Die
ca. fünfzig aufeinander folgenden Paare von Schichten 17.1, 17.2 weisen
bei der Beschichtungstemperatur TB/Raumtemperatur
TR (vgl. 2a) insgesamt
eine optische Ist-Schichtdicke nB dB auf, die kleiner als eine optische Soll-Schichtdicke
nOP dOP bei der
Betriebstemperatur TOP ist, die in 2b dargestellt
ist, und zwar deshalb, weil die Dicken der Schichten 17.1, 17.2 in
Abhängigkeit von der Temperatur zunehmen, wobei für
eine Mehrlagen-Beschichtung 17 aus fünfzig alternierenden
Schichten 17.1, 17.2 aus Silizium und Molybdän
ein linearer thermischer Ausdehnungskoeffizient α(ΔL/L × 1/ΔT)
von 0,8 × 10–6 1/K ermittelt
wurde. Die Dicke der Deckschicht 19 nimmt hierbei ebenfalls
zu, diese trägt aber in der Regel nicht zur Reflexion bei,
so dass deren Dickenvariation keine Veränderung der Eigenschaften
des optischen Elements bewirkt. Auch wird im Folgenden davon ausgegangen,
dass die Brechungsindizes nR bei Raumtemperatur
TR und nOP bei Betriebstemperatur
TOP übereinstimmen, so dass lediglich
eine Variation der physikalischen Schichtdicken auftritt.
-
Durch
die thermische Ausdehnung der Schichten
17.1,
17.2 beim
Aufheizen auf die Betriebstemperatur T
OP wird
bewirkt, dass die Periodenlänge der Mehrlagen-Beschichtung
17 zunimmt.
Hierdurch verschiebt sich das wellenlängenabhängige
Maximum der Reflektivität der Mehrlagen-Beschichtung
17 hin
zu größeren Werten. Für die sechs optischen
Elemente
2a,
5,
6,
8 bis
10 des
Beleuchtungssystems
3 sind die Abweichungen ΔT
= T
OP – T
R der
Betriebstemperatur T
OP von der Raumtemperatur
T
R, die zugehörigen Wellenlängen-Verschiebungen Δλ,
sowie die relative Wellenlängen-Verschiebung Δλ/λ
0 bezogen auf eine Betriebswellenlänge λ
0 der Projektionsbelichtungsanlage
1 von
13,5 nm in nachstehender Tabelle aufgeführt:
| Spiegel-Nr. | ΔT | Δλ | Δλ/λ0 |
| 2a | 620
K | 67,0
pm | 5,0
Promille |
| 5 | 500
K | 54,0
pm | 4,0
Promille |
| 6 | 380
K | 41,0
pm | 3,0
Promille |
| 8 | 250
K | 27,0
pm | 2,0
Promille |
| 9 | 120
K | 13,0
pm | 1,0
Promille |
| 10 | 25
K | 2,7
pm | 0,2
Promille |
Tabelle
-
4a zeigt
den Einfluss dieser Temperaturerhöhung auf die optischen
Elemente 2a, 5, 6, 8, 9 der Tabelle
auf deren Reflektivität R in Abhängigkeit von
der Wellenlänge λ. Das Maximum der Reflektivität
sollte hierbei jeweils bei einer Betriebswellenlänge von λ0 = 13,6 nm liegen, es ist aber deutlich
zu erkennen, dass für optische Elemente mit höherer
Betriebstemperatur dieses Maximum zu größeren
Wellenlängen verschoben ist. Die vertikalen Linien in 4a zeigen
die Grenzen der Bandbreite von ±1% an, innerhalb derer
die Transmission üblicherweise berechnet wird. Die Transmission
des Beleuchtungssystems 1 ergibt sich als Produkt der Reflektivitätskurven
der optischen Elemente 2a, 5, 6, 8, 9 von 4a sowie
der nicht gezeigten Reflektivitätskurve des optischen Elements 10 mit
der geringsten Betriebstemperatur im Beleuchtungssystem 3.
-
4b zeigt
die resultierende Verteilung I der Transmission T des Beleuchtungssystems 3 in
Abhängigkeit von der Wellenlänge λ. Unter
der Annahme, dass die optischen Elemente 14.1 bis 14.6 des
Projektionssystems 4 jeweils perfekt aufeinander abgestimmt
sind, d. h. eine Verstimmung von 0 Promille aufweisen, ergibt sich
die in 4b gezeigte Verteilung P der
Transmission T des Projektionssystems 4 aus der sechsten Potenz
der unverstimmten Reflektivitätskurve, d. h. das Maximum
der Transmission T des Projektionssystems 4 liegt genau
bei der Betriebswellenlänge λ0 von
13,5 nm. Das Maximum der Transmissionsverteilung I des Beleuchtungssystems 3 ist
hingegen um ca. 30 pm (ca. 2 Promille) zu höheren Wellenlängen
verschoben.
-
Wie
bereits im Zusammenhang mit 2a, b
erläutert, kann die thermische Ausdehnung der Schichten 17.1, 17.2 bei
den optischen Elementen des Beleuchtungssystems 3 bereits
bei der Beschichtung vorgehalten werden, d. h. das optische Design
bzw. die Dicke dB der Schichten 17.1, 17.2 beim
Herstellen der Mehrlagen-Beschichtung 17 wird unter Berücksichtigung
des (linearen) thermischen Ausdehnungskoeffizienten so ausgelegt,
dass sich bei bekanntem Temperaturunterschied zwischen der Beschichtungstemperatur
TB und der Betriebstemperatur TOP durch
die thermische Ausdehnung die gewünschte Gesamtdicke dOP bei der Betriebstemperatur TOP einstellt.
Es versteht sich, dass alternativ das optische Element 8, 9 auch
während der Beschichtung auf die Betriebstemperatur TOP aufgeheizt werden kann, so dass die Schichten 17.1, 17.2 mit einer
Ist-Schichtdicke dB aufgebracht werden kann,
die gleich der Soll-Schichtdicke dOP ist.
Zu diesem Zweck kann ein Heizelement 20 in der Beschichtungsanlage
vorgesehen sein, welches insbesondere regelbar ist, um die Temperatur
des optischen Elements 8, 9 auf der Betriebstemperatur
zu halten. Die Beschichtung kann mit Hilfe eines üblichen
Verfahrens zum Aufbringen von dünnen Schichten, z. B. durch
chemische oder physikalische Gasphasenabscheidung erfolgen. Es versteht
sich, dass an Stelle der oben beschriebenen Verwendung eines einheitlichen
Wärmeausdehnungskoeffizienten für beide Schichtmaterialien
(Si/Mo) die Wärmeausdehnungskoeffizienten der einzelnen
Schichten 17.1, 17.2 auch getrennt ermittelt werden
können, so dass für beide Materialien die Verringerung
der Schichtdicke individuell festgelegt werden kann. Auch wenn Zwischenschichten
zur Erhöhung der Temperaturstabilität des Mehrlagen-Schichtsystems 17 verwen det
werden, kann deren Wärmeausdehnungskoeffizient getrennt
bestimmt und die erforderliche Reduzierung der Schichtdicke für
diesen Schichttyp getrennt bestimmt werden. Auch kann das optische
Element bei Betriebstemperatur vermessen werden, um zu überprüfen,
ob das optische Design die gewünschten Eigenschaften besitzt,
wozu z. B. die Reflektivität in Abhängigkeit von
der Wellenlänge und/oder vom Einfallswinkel vermessen werden
kann. Durch die Vermessung von mehreren optischen (Test-)Elementen
mit unterschiedlichen Ist-Schichtdicken bei der Betriebstemperatur
kann festgestellt werden, welche Ist-Schichtdicken gewählt
werden müssen, damit sich bei der Betriebstemperatur das
gewünschte optische Design einstellt, ohne dass hierzu
die die Bestimmung des Wärmeausdehnungskoeffizienten erforderlich
ist.
-
Wird
die oben im Zusammenhang mit 2a, b
beschriebene Optimierung der Mehrlagen-Beschichtung 17 für
alle optischen Elemente 2a, 5, 6, 8 bis 10 des
Beleuchtungssystems 3 vorgenommen, so verschiebt sich die
in 4b dargestellte Transmissionskurve I hin zu kleineren
Wellenlängen und stimmt im Wesentlichen mit der Transmissionskurve
P des Projektionssystems 4 überein, wie in 4c dargestellt
ist, welche die Gesamttransmissionskurve E1 der Projektionsbelichtungsanlage 1 zeigt,
die sich als Produkt der Transmissionskurve P von 4b mit
sich selbst ergibt. Wird die thermische Ausdehnung der Schichten
im Beleuchtungssystem 3 jedoch nicht vorgehalten, ergibt
sich die Gesamttransmission E2 ohne Kompensation als Produkt der
Transmissionskurve P des Projektionssystems 4 mit der Transmissionskurve
I des Beleuchtungssystems 3 von 4b. Bei
der resultierenden Transmissionskurve E1 mit Kompensation ergibt
sich ein Maximum der Transmission T bei der Betriebswellenlänge λ0 von 13,5 nm, bei der Transmissionskurve
E2 ohne Kompensation ist das Maximum um ca. 1 Promille zu höheren
Wellenlängen verschoben.
-
Der
aus der thermischen Verstimmung resultierende Transmissionsverlust
kann anhand von 4c auf zwei verschiedene Arten
berechnet werden: Entweder werden die Integrale über die
volle spektrale Breite (full range), oder aber die Integrale über
eine Bandbreite von ±1% („in-band”) der
beiden Transmissionskurven E1, E2 zueinander ins Verhältnis
gesetzt. Durch die Verstimmung ergibt sich ein Transmissionsverlust
von 3,5% (full range) beziehungsweise von 3,2% (in-band).
-
Das
Aufheizen der optischen Elemente 2a, 5, 6, 8, 9, 10, 14.1 bis 14.6 im
Strahlengang 15 von der üblicher Weise während
des Ruhephasen in der Projektionsbelichtungsanlage 1 herrschenden
Raumtemperatur TR auf die jeweilige Betriebstemperatur
TOP durch die Beleuchtungs-Strahlung kann
ggf. 30 Minuten oder länger dauern. Um die für
die Betriebstemperatur TOP optimierten optischen
Elemente 2a, 5, 6, 8, 9, 10, 14.1 bis 14.6 früher
nutzen zu können, können Heizelemente 20 (vgl. 2a,
b), z. B. in Form von Heizdrähten oder Peltier-Elementen
an den optischen Elementen 2a, 5, 6, 8, 9, 10, 14.1 bis 14.6 der
Projektionsbelichtungsanlage 1 angebracht sein. Ferner
bietet es sich an, Regelungseinheit(en) sowie Temperatursensoren
zur Temperaturregelung in der Projektionsbelichtungsanlage 1 vorzusehen,
um beim Erreichen der Betriebstemperatur TOP das
Heizelement abzuschalten bzw. dieses so zu steuern, dass die Temperatur
des optischen Element auch bei einem Wechsel der Beleuchtungsbedingungen
möglichst nahe bei der Betriebstemperatur TOP betrieben
wird.
-
Es
versteht sich, dass die Optimierung der optischen Eigenschaften
von optischen Elementen für die Betriebstemperatur nicht
nur im Bezug auf die Reflektivität erfolgen kann, sondern
dass die Optimierung alternativ oder zusätzlich auch im
Hinblick auf andere Kriterien möglich ist, insbesondere
im Hinblick auf Abbildungsfehler der Projektionsbelichtungsanlage 1.
Dies trifft insbesondere für optische Elemente des Beleuchtungssystems 3 zu,
die im Strahlengang 15 hinter der als Lichtmischeinrichtung
dienenden Kombination aus dem Spiegel 5 mit Feldrasterelementen
und dem Spiegel 6 mit Pupillenrasterelementen angeordnet
sind.
-
5 zeigt
den mittleren Einfallswinkel αAV,
sowie die 3σ-Abweichung α+ bzw. α– des Einfallswinkels nach oben
bzw. unten um den mittleren Einfallswinkel αAV über
eine Feldkoordinate x des unter normalem Einfall betriebenen optischen
Elements 8, 9 des Beleuchtungssystems 3.
Wie aus 5 zu ersehen, weist dieses eine
starke Variation des mittleren Einfallswinkels αAV entlang der x-Richtung sowie eine große
lokale Einfallswinkelbandbreite α+ bzw. α– in dieser Richtung auf, woraus
eine in der Mitte des optischen Elements 8, 9 konzentrierte
Verteilung 21 der Strahlintensität der auftreffenden
Strahlung resultiert. Das optische Element 8, 9 ist
entlang der x-Richtung ein feldnahes Element, d. h. die x-Koordinaten
der optischen Oberfläche des optischen Elements 8, 9 entsprechen
im Wesentlichen x-Koordinaten in der Objektebene 11 der
Projektionsbelichtungsanlage 1.
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Geht
man von einer thermisch bedingten Verstimmung der Wellenlänge
des Maximums der Reflektivität durch eine Veränderung
der Periodenlänge des Mehrlagen-Systems 17 von
+2 Promille aus, so verschlechtert sich die Uniformität
U1 in der Objektebene 11 feldabhängig um ±2%,
wie in 6a dargestellt ist. Bei einer
negativen Verstimmung von –2 Promille (d. h. die thermische
Ausdehnung wird vorgehalten, das Beleuchtungssystem 3 wird
jedoch in kaltem Zustand (bei Raumtemperatur TR)
betrieben) verschlechtert sich die Uniformität U2 hauptsächlich
am Rand des Feldes um ca. –4%, vgl. 6b. Diese Änderungen
der Uniformität sind im Wesentlichen unabhängig
von den benutzten Beleuchtungssettings, für die in 6a,
b jeweils ein Mittelwert dargestellt ist. Auch weitere Abbildungseigenschaften,
z. B. die Elliptizität und Telezentrie können
von der Verstimmung des optischen Elements 8, 9 betroffen
sein, wenn auch in der Regel in geringerem Maße als dies
für die Uniformität der Fall ist.
-
Wie 5 sowie 6a,
b zu entnehmen ist, genügt eine homogene Verringerung der
Dicke der Schichten 17.1, 17.2 in x-Richtung nicht,
um eine hohe Uniformität des Beleuchtungsfeldes zu erreichen,
da die Intensitätsverteilung 21 und damit die
Temperaturverteilung auf dem optischen Element in x-Richtung inhomogen
ist. Wie in 3a, b dargestellt ist, können
zur Kompensation die Schichten 17.1, 17.2 mit
einem lateralen Schichtdickengradienten in dieser Richtung (x-Richtung)
aufgebracht werden, d. h. die Dicke dB,x der Schichten 17.1, 17.2 bei
der Beschichtung ist vom Ort in x-Richtung abhängig, wobei
die lokale Ist-Schichtdicke dB,x so gewählt
wird, dass eine durch thermische Ausdehnung der Schichten 17.1, 17.2 zwischen
der Beschichtungstemperatur TB und der Betriebstemperatur
TOP hervorgerufene lokale Schichtdickenänderung dOP,x–dB,x gerade
kompensiert wird, wobei hier wieder zur Vereinfachung davon ausgegangen
wird, dass die Brechungsindizes nB,x bei
Raumtemperatur und nOP,x bei Betriebstemperatur
identisch sind. Bei der Bestimmung der Ist-Schichtdicken dB,x für die Beschichtungstemperatur
TB wird somit sowohl ein globaler Anteil
der Temperaturausdehnung als auch ein lokaler Anteil berücksichtigt.
Auf diese Weise kann eine Uniformität in x-Richtung in
der Objektebene erreicht werden, deren Betrag bei weniger als ca.
1 bis 2% liegt.
-
Bei
der resultierenden Mehrlagen-Beschichtung 17 bei Betriebstemperatur
TOP weisen die Schichten 17.1, 17.2 eine
gewünschte Soll-Schichtdicke dOP,x in
Abhängigkeit vom Ort in x-Richtung auf, die so gewählt ist,
dass die Reflektivität des optischen Elements 8, 9 für
die in 5 gezeigten, in x-Richtung stark variierenden
mittleren Einfallswinkel αAV optimiert
ist. Der über alle Orte der optische Oberfläche 19a in
x-Richtung gemittelte Einfallswinkel liegt bei dem optischen Element 8, 9 typischer
Weise zwischen ca. 10° und 15°.
-
Es
versteht sich, dass die oben beschriebene Optimierung nicht auf
das optische Element 8, 9 beschränkt
ist, sondern z. B. auch an den optischen Elementen 14.1 bis 14.6 des
Projektionssystems 4 erforderlich sein kann, da auch eine
Temperaturerhöhung von nur 25 K bereits eine Verschiebung
der Wellenlänge um 2,7 pm (0,2 Promille) zur Folge hat.
Auch eine Optimierung der Facettenspiegel 5, 6 des
Beleuchtungssystems 3 ist möglich, wobei in diesem
Fall für jeden (in 1 nicht
gezeigten) Einzelspiegel eine unabhängige Optimierung mit über
den Einzelspiegel konstanten Schichtdicken erfolgen kann, woraus
bei unterschiedlicher Wahl der Schichtdicken unterschiedlicher Einzelspiegel
bezüglich der gesamten optischen Oberfläche der
Facettenspiegel 5, 6 eine lokale Optimierung resultieren
kann. Es versteht sich ferner, dass ggf. auch Verformungen des Substrats 16,
die bei der Erwärmung der optischen Elemente auf die jeweilige
Betriebstemperatur TOP auftreten können,
durch geeignete ortsabhängig variable Wahl der Schichtdicken
bei der Beschichtung ausgeglichen werden können. Insbesondere
müssen die Substrate der optischen Elemente nicht zwingend
plan sein, sondern können eine elliptische oder parabolische
Grundform aufweisen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
-
- - WO 2007/090364 [0004, 0004]
- - DE 10011547 C2 [0005]
- - DE 102004002764 A1 [0006, 0006]