DE102008017888A1

DE102008017888A1 - EUV-Lithographiesystem, optisches Element und Verfahren zum Betrieb des EUV-Lithographiesystems mit verminderter Kontamination

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Publication number: DE102008017888A1
Application number: DE102008017888A
Authority: DE
Inventors: Dirk Heinrich Dr. Ehm; Johannes Hubertus Josephina Dr.ir. Moors; Bastiaan Theodoor Dr. Wolschrijn
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH; ASML Netherlands BV
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH; ASML Netherlands BV
Priority date: 2007-06-27
Filing date: 2008-04-09
Publication date: 2009-01-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein EUV-Lithographiesystem (1) mit einer optischen Anordnung (2, 3, 4), insbesondere einem Projektionssystem (4), einem Beleuchtungssystem (3) oder einem Strahlformungssystem (2) mit mindestens zwei in einem Strahlengang (6) der optischen Anordnung (2, 3, 4) angeordneten, Strahlung im EUV-Wellenlängenbereich reflektierenden optischen Elementen (7 bis 11, 13, 14). Zur Desorption von Kontaminationen, insbesondere von Kohlenwasserstoffen, zumindest im Betrieb der optischen Anordnung (2, 3, 4) weist jedes der reflektiven optischen Elemente (7 bis 11, 13, 14) in dem Strahlengang (6) zumindest an der optischen Oberfläche (8a bis 10a, 13a, 14a) eine Betriebstemperatur von ca. 30°C oder mehr, bevorzugt von ca. 100°C oder mehr, besonders bevorzugt von ca. 150°C oder mehr, insbesondere von ca. 250°C oder mehr auf. Zum Aufheizen der optischen Oberfläche (9a, 10a, 13a, 14a) jedes reflektiven optischen Elements (7 bis 11, 13, 14) auf die Betriebstemperatur ist mindestens ein Heizelement (15, 16, 21, 22) vorgesehen und die optischen Oberflächen (9a, 10a, 13a, 14a) aller reflektiven optischen Elemente (7 bis 11, 13, 14) weisen dieselbe Betriebstemperatur auf. Die Erfindung betrifft auch ein optisches Element (7 bis 11, 13, 14) sowie ein Betriebsverfahren für das EUV-Lithographiesystem (1).

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein EUV-Lithographiesystem mit einer optischen Anordnung, welche mindestens zwei in einem Strahlengang der optischen Anordnung angeordnete, Strahlung im EUV-Wellenlängenbereich reflektierende optische Elemente aufweist, ein optisches Element, welches zur Reflexion von Strahlung im EUV-Wellenlängenbereich ausgelegt ist, sowie ein Betriebsverfahren für das EUV-Lithographiesystem.
Die Lebensdauer von optischen Elementen in EUV-Lithographiesystemen ist aufgrund des Aufwachsens von Kontaminationen, insbesondere von Kohlenwasserstoffen und Kohlenstoff, auf den optischen Oberflächen der optischen Elemente während des Belichtungsprozesses begrenzt. Für das Aufwachsen der Kontaminationen spielt neben der Intensität der EUV-Strahlung auch der Partialdruck der Kohlenwasserstoffe in unmittelbarer Umgebung der optisch aktiven Oberfläche eine erhebliche Rolle. Wird ein Kohlenwasserstoff-Molekül an der optischen Oberfläche eines für EUV-Strahlung reflektiven Elements adsorbiert, kondensiert es entweder direkt und/oder reagiert mit den Photonen der Belichtungsstrahlung oder den strahlungsinduzierten Elektronen (Photoelektronen) und bildet z. B. eine atomare Kohlenstoffschicht, wobei beides zu einem Reflexionsverlust an dem reflektiven optischen Element führt.
Momentan werden in EUV-Lithographiesystemen reflektive optische Elemente mit einer Betriebstemperatur von ca. 60°C oder weniger eingesetzt, da bei höheren Temperaturen die Diffusion zwischen den einzelnen Schichten der reflektierenden Mehrfachschichtsysteme an deren optischen Oberflächen stark zunimmt, was zu einer Reflektivitätsverminderung führt. Aus diesem Grund können die in den Vakuumgehäusen der EUV-Lithographiesysteme vorkommenden, kontaminierende Stoffe wie z. B. Kohlenwasserstoffe ausgasenden Komponenten nicht vollständig ausgeheizt werden. Hierdurch kann der Partialdruck der Kohlenwasserstoffe dort nur mit erheblichem, im Regelfall nicht tolerierbarem Aufwand, z. B. langer Pumpzeiten, auf Werte unterhalb von 10^–9 mbar abgesenkt werden, sodass Kontaminationen, insbesondere nicht-flüchtige Kohlenwasserstoffe, mit einer hohen Wahrscheinlichkeit an den und/oder im unmittelbarem Umfeld der optischen Oberflächen der reflektiven optischen Elemente anhaften bzw. dort adsorbiert werden.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein EUV-Lithographiesystem, ein optisches Element und ein Verfahren zum Betrieb eines EUV-Lithographiesystems bereitzustellen, bei denen die Adsorption von Kontaminationen, insbesondere von Kohlenwasserstoffen, reduziert ist.
Gegenstand der Erfindung
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein EUV-Lithographiesystem der eingangs genannten Art, bei dem zur Desorption von Kontaminationen, insbesondere von Kohlenwasserstoffen, jedes der reflektiven optischen Elemente in dem Strahlengang der optischen Anordnung zumindest an der optischen Oberfläche eine Betriebstemperatur von ca. 30°C oder mehr, bevorzugt von ca. 100°C oder mehr, besonders bevorzugt von ca. 150°C oder mehr, insbesondere von ca. 250° oder mehr aufweist, bei dem zum Aufheizen der reflektierenden Oberflächen der reflektiven optischen Elemente auf die Betriebstemperatur mindestens ein Heizelement vorgesehen ist, und bei dem die optischen Oberflächen aller reflektiven optischen Elemente dieselbe Betriebstemperatur aufweisen.
Durch das Aufheizen der optischen Oberflächen der reflektiven optischen Elemente auf die Betriebstemperatur kann der Adsorption von Kontaminationen entgegengewirkt werden bzw. es kann durch thermische Bewegung eine Desorption von leicht flüchtigen Kontaminationen, insbesondere von Kohlenwasserstoffen mit einer Atommasse von 100 oder darüber, von den optischen Oberflächen erfolgen. Die Festlegung der Betriebstemperatur, bei welcher die Desorption einsetzt, ist hierbei von verschiedenen Faktoren abhängig, beispielsweise vom Partialdruck der Kontaminationen in der optischen Anordnung, welche in der Regel unter Vakuumbedingungen betrieben wird. Nach der Desorption können die kontaminierenden Stoffe aus dem Bereich des Strahlengangs der optischen Anordnung entfernt werden, wie im Einzelnen weiter unten näher beschrieben ist.
Reflektive optische Elemente für den EUV-Wellenlängenbereich reflektieren typischerweise nur ca. zwei Drittel der einfallenden EUV-Strahlung und absorbieren das restliche Drittel, sodass sich während des Betriebs der optischen Anordnung deren Temperatur erhöht. Während das erste auf die Lichtquelle folgende optische Element noch deren voller Strahlungsleistung (Gesamtspektrum) ausgesetzt ist, trifft auf die im Strahlengang nachfolgenden reflektiven optischen Elemente eine um den absorbierten Anteil geringere Strahlungsleistung auf. Daher heizen sich die reflektiven optischen Elemente im Betrieb der optischen Anordnung abhängig von ihrer Position im Strahlengang unterschiedlich stark auf, wobei insbesondere das erste optische Element im Strahlengang gegebenenfalls, sofern dieses nicht gekühlt wird, bereits eine Betriebstemperatur aufweist, bei der die Desorption von Kontaminationen einsetzt. Bei weiter hinten im Strahlengang angeordneten optischen Elementen ist dies jedoch in der Regel nicht der Fall, da die Strahlungsleistung sukzessive mit der Anzahl der optischen Elemente abnimmt. Um zu vermeiden, dass von einem auf der Betriebstemperatur befindlichen reflektiven optischen Element desorbierte Kontaminationen sich auf einem anderen, nicht beheizten reflektiven optischen Element im Strahlengang der optischen Anordnung anlagern, werden alle optischen Elemente im Strahlengang auf einer derselben Betriebstemperatur gehalten, welche oberhalb einer Schwellentemperatur liegt, bei der die Desorption der Kontaminationen einsetzt. Um dies zu erreichen, werden diejenigen optischen Elemente, die einer geringeren Strahlungsleistung ausgesetzt sind, stärker beheizt als diejenigen optischen Elemente, die einer größeren Strahlungsleistung ausgesetzt sind. Hierdurch wird erreicht, dass die Desorption der Kontaminationen auf allen optischen Elementen ungefähr gleich stark ist, sodass die desorbierten Kontaminationen, falls sie nicht vorher aus der optischen Anordnung entfernt werden, nicht aufgrund eines möglicherweise vorhandenen Temperaturgradienten zu demjenigen optischen Element wandern können, welches die geringste Betriebstemperatur aufweist. Beim Vorsehen von individuellen Heizelementen für die optischen Elemente sollte deren Heizleistung zum Erreichen einer einheitlichen Betriebstemperatur mit einer geeigneten Regelungseinrichtung aufeinander abgestimmt werden.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform werden die reflektiven optischen Elemente auch in den Betriebspausen des Belichtungsbetriebs des EUV-Lithographiesystems auf der Betriebstemperatur gehalten, um Verspannungen zu vermeiden, welche sich beim Abkühlen und anschließenden Aufheizen der optischen Elemente einstellen können.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die reflektiven optischen Elemente an deren optischen Oberflächen mit einem bei der Betriebstemperatur beständigen, reflektierenden Mehrfachschicht-System versehen. Derartige Mehrfachschicht-Systeme weisen zur Reflexion von Strahlung durch Interferenzeffekte alternierende Schichten mit hohem und niedrigem Brechungsindex auf. Zusätzlich ist an der dem Substrat abgewandten Oberfläche der Mehrfachschicht-Systeme in der Regel eine Abschlussschicht („cap layer”) angebracht, welche nicht zur Interferenz beiträgt und aus einem Material besteht, an dem sich Kontaminationen nicht so leicht anlagern wie an den darunter liegenden Schichten. Bei Betriebstemperaturen von über ca. 60° erfolgt bei üblichen Si/Mo-Schichtsystemen der oben dargestellte Diffusionsprozess zwischen den einzelnen Schichten. Bei höheren Betriebstemperaturen ist es daher notwendig, Schichtsysteme vorzusehen, bei denen der Diffusionsprozess verhindert oder zumindest verringert wird. Hierzu können Sperrschichten („barrier layers") z. B. aus B₄C und/oder SiN_x zwischen den einzelnen Schichten des Mehrfachschichtsystems vorgesehen sein, sodass ein Eindiffundieren des Materials einer Schicht in eine benachbarte Schicht vermieden werden kann. In jüngerer Zeit wurden vom Fraunhofer-Institut in Jena Mehrfachschichtsysteme entwickelt, welche bis zu Temperaturen von ca. 500°C thermisch stabil sein sollen, wobei die Mehrfachschichtsysteme aus Mo₂C/Si-Schichten bestehen. Solche Beschichtungen können zur Beschichtung von Kollektorspiegeln verwendet werden, die unmittelbar auf die EUV-Strah lungsquelle folgen. Erfindungsgemäß werden bei hohen Temperaturen beständige Schichtsysteme nicht nur für das auf die EUV-Strahlungsquelle folgende optische Element, sondern für weitere, bevorzugt für alle optischen Elemente der optischen Anordnung verwendet.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform weist das EUV-Lithographiesystem mindestens eine Regelungseinheit zur Temperaturregelung mindestens eines der reflektiven optischen Elemente auf. Die Betriebstemperatur der optischen Elemente sollte während des Belichtungsbetriebs konstant gehalten werden, da Temperaturschwankungen sich negativ auf die Belichtungsqualität auswirken können. Da sich im Belichtungsbetrieb die Temperatur der optischen Elemente durch die gegebenenfalls variierende Strahlintensität der Belichtungsstrahlung verändert, kann durch eine Regelungseinheit gewährleistet werden, dass die Heizleistung des Heizelements so gewählt wird, dass eine konstante Betriebstemperatur erzeugt wird. Die Regelung kann hierbei auf einem Rechenmodell basieren, dem die von der Lichtquelle in einem bestimmten Betriebsmodus emittierte Strahlungsleistung zu Grunde liegt, sodass die benötigte Heizleistung bestimmt werden kann.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung weist das EUV-Lithographiesystem mindestens einen Temperatursensor zur Bestimmung der Temperatur des mindestens einen temperaturgeregelten reflektiven optischen Elementes auf. In diesem Fall erfolgt die Regelung anhand einer in-situ-Messung bzw. in-operando-Messung der Temperatur an der optischen Oberfläche.
Bei einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist das EUV-Lithographiesystem wenigstens ein Kühlelement zum Kühlen zumindest der optischen Oberfläche wenigstens eines reflektiven optischen Elements auf. Das Kühlelement kann zusätzlich zum Heizelement vorgesehen sein, z. B. wenn das Heizelement zu träge ist, d. h. seine Temperatur durch die Verringerung der Heizleistung nur langsam verändert. Alternativ kann auch ein kombiniertes Kühl/Heizelement vorgesehen sein, welches z. B. ein Rohrleitungssystem aufweist, durch das je nach Bedarf wahlweise kalte oder heiße Flüssigkeiten geleitet werden können. Das Kühlelement kann aber auch bei optischen Elementen zum Einsatz kommen, welche nicht aktiv mittels eines Heizelements beheizt werden müssen, da sie die Betriebstemperatur schon durch die Belichtungsstrahlung erreichen. In diesem Fall kann die Betriebstemperatur mittels des Kühlelements als Stellelement geregelt werden. Zusätzlich kann hierbei auch ein Heizelement, z. B. ein Heizdraht, vorgesehen sein, um zu gewährleisten, dass die Betriebstemperatur auch während der Betriebspausen der optischen Anordnung erreicht werden kann.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das EUV-Lithographiesystem mindestens ein Adsorptionselement mit einer Adsorptionsoberfläche zur Adsorption von Kontaminationen auf. An der Adsorptionsoberfläche können die von den optischen Oberflächen desorbierten, kontaminierenden Stoffe aufgenommen werden. Die Adsorptionselemente sind bevorzugt in der Nähe der optischen Oberflächen angeordnet, z. B. in deren Randbereichen.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung steht die Adsorptionsoberfläche mit einer Kühleinheit in Verbindung, welche ausgelegt ist, die Adsorptionsoberfläche auf Temperaturen von weniger als 290 K, bevorzugt von weniger als 80 K, besonders bevorzugt von weniger als 20 K abzukühlen. Zur Abkühlung der Adsorptionsoberfläche auf diese Temperaturen können Kühlwasser, flüssiger Stickstoff oder flüssiges Helium verwendet werden. Hierdurch wird an der Adsorptionsoberfläche ein sogenanntes Cryo-Panel erzeugt, welches die kontaminierenden Teilchen an die Adsorptionsoberfläche bindet. Die Adsorptionsoberfläche kann hierbei zur Steigerung ihrer Aufnahmekapazität (Erhöhen der effektiven Oberfläche) aufgeraut sein.
Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung besteht die Adsorptionsoberfläche zumindest in einem Teilbereich aus einem gasbindenden Material, insbesondere aus Titan, Tantal, Niob, Zirkonium, Thorium, Barium, Magnesium, Aluminium, Ruthenium, Ytterbium oder Cer. Als kontaminierende Stoffe können an der Adsorptionsoberfläche flüchtige und nicht flüchtige Kohlenwasserstoffe, gasförmige Metallverbindungen und Schwefel-, Phosphor-, und Silizium-haltige Organiken, insbesondere Silikonverbindungen, Siloxane, Phthalate, Kohlenwasserstoffe mit Carbonylfunktionen (z. B. Methylmetacrylat, Aceton etc.), Schwefeldioxid, Ammoniak, Organophosphate, aliphatische Kohlenwasserstoffe, aromatische Kohlenwasserstoffe, perfluorierte Kohlenwasserstoffe etc. gebunden werden. Neben der Bindung solcher kontaminierender Stoffe durch Auskondensieren, wie oben beschrieben, können diese auch durch die oben genannten gasbindenden Stoffe adsorbiert werden, wobei auch in diesem Fall eine Erhöhung der effektiven Aufnahmekapazität der Oberfläche erfolgen kann, indem die zur Adsorption zur Verfügung stehende Oberfläche durch geeignete Strukturierung erhöht wird. Neben den genannten Metallen können als gasbindende Materialien ggf. auch Molekularsiebe oder Aktivkohle eingesetzt werden.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform weist die optische Anordnung eine Absaugeinrichtung zum Absaugen der desorbierten Kontaminationen auf. Die Absaugeinrichtung steht hierzu in der Regel mit einer Vakuumpumpe in Verbindung, mittels derer die Kontaminationen aus der optischen Anordnung entfernt werden können. Die Absaugeinrichtung ist hierbei bevorzugt in der Nähe der optischen Oberflächen angeordnet oder es ist eine bevorzugte Pumprichtung gewährleistet.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die optische Anordnung durch ein Beleuchtungssystem, ein Projektionssystem und/oder ein Strahlformungssystem gebildet, die wie oben beschrieben ausgebildet sind. Durch die Desorption der Kontaminationen kann die Lebensdauer der optischen Elemente in dem EUV-Lithographiesystem erhöht bzw. die Betriebsdauer des EUV-Lithographiesystems zwischen Reinigungsprozessen gesteigert werden.
Die Erfindung ist auch realisiert in einem optischen Element der eingangs genannten Art, welches zur Desorption von Kontaminationen, insbesondere von Kohlenwasserstoffen, eine Heizeinrichtung zum Aufheizen seiner optischen Oberfläche auf eine Betriebstemperatur von ca. 30°C oder mehr, bevorzugt von ca. 100°C oder mehr, besonders bevorzugt von ca. 150°C oder mehr, insbesondere von ca. 250° oder mehr und eine Regelungseinrichtung zur Regelung der Betriebstemperatur sowie insbesondere einen Temperatursensor aufweist. Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn eine Kühleinrichtung zum Kühlen der optischen Oberfläche vorgesehen ist, sowie wenn das optische Element an der optischen Oberfläche mit einem temperaturbeständigen, reflektierenden Mehrfachschicht-System versehen ist. Für die hierbei jeweils auftretenden Vorteile sei auf die obige Darstellung im Zusammenhang mit dem EUV-Lithographiesystem verwiesen.
Die Erfindung ist weiterhin realisiert in einem Verfahren zum Betrieb eines EUV-Lithographiesystems mit mindestens einer optischen Anordnung, bei dem zur Desorption von Kontaminationen, insbesondere von Kohlenwasserstoffen, zumindest im Betrieb der optischen Anordnung alle für Strahlung im EUV-Wellenlängenbereich reflektiven optischen Elemente im Strahlengang der optischen Anordnung zumindest an der optischen Oberfläche auf einer Betriebstemperatur von ca. 30°C oder mehr, bevorzugt von ca. 100°C oder mehr, besonders bevorzugt von ca. 150°C oder mehr, insbesondere von ca. 250° oder mehr gehalten werden, indem jedes reflektive optische Element mittels mindestens eines Heizelements auf dieselbe Betriebstemperatur aufgeheizt wird. Es versteht sich, dass auch in diesem Fall ggf. die im Strahlengang auf die EUV-Lichtquelle folgenden optischen Elemente bereits durch die Belichtungsstrahlung auf die Betriebstemperatur aufgeheizt wurden.
Bei einer vorteilhaften Variante werden die reflektiven optischen Elemente auch in den Betriebspausen der optischen Anordnung auf der Betriebstemperatur gehalten. Durch das dauerhafte Halten eines optischen Elements auf der Betriebstemperatur können Verspannungen vermieden werden, welche sich beim Abkühlen und anschließenden Aufheizen der optischen Elemente einstellen können.
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.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele sind in der schematischen Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigt
1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen EUV-Lithographiesystems mit einem Beleuchtungssystem und einem Projektionssystem, und
2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines reflektiven optischen Elements gemäß der Erfindung.
In 1 ist schematisch ein EUV-Lithographiesystem 1 gezeigt, welches aus einem Strahlformungssystem 2, einem Beleuchtungssystem 3 und einem Projektionssystem 4 besteht, die aufeinander folgend in einem von einer EUV-Lichtquelle 5 des Strahlformungssystems 2 ausgehenden Strahlengang 6 angeordnet sind. Als EUV-Lichtquelle 5 kann beispielsweise eine Plasmaquelle oder ein Synchrotron dienen. Die austretende Strahlung im Wellenlängenbereich zwischen ca. 5 nm und ca. 20 nm wird zunächst in einem Kollimator 7 gebündelt. Mit Hilfe eines nachfolgenden Monochromators 8 wird durch Variation des Einfallswinkels, wie durch einen Doppelpfeil angedeutet, die gewünschte Betriebswellenlänge herausgefiltert. Im genannten Wellenlängenbereich sind der Kollimator 7 und der Monochromator 8 üblicherweise als reflektive optische Elemente ausgebildet, wobei zumindest der Monochromator 8 an seiner optischen Oberfläche kein Mehrfachschichtsystem aufweist, um einen möglichst breitbandigen Wellenlängenbereich zu reflektieren.
Der im Strahlformungssystem 2 im Hinblick auf Wellenlänge und räumliche Verteilung behandelte Strahlung wird in das Beleuchtungssystem 3 eingeführt, welches ein erstes und zweites reflektives optisches Element 9, 10 aufweist. Die beiden reflektiven optischen Elemente 9, 10 leiten die Strahlung auf eine Photomaske 11 als weiterem reflektiven optischen Element, welche eine Struktur aufweist, die mittels des Projektionssystems 4 in verkleinertem Maßstab auf einen Wafer 12 abgebildet wird. Hierzu sind im Projektionssystem 4 ein drittes und viertes reflektives optisches Element 13, 14 vorgesehen.
Bei dem in 1 gezeigten EUV-Lithographiesystem 1 sind das dritte und vierte reflektive optische Element 14, 15 jeweils mit einem zugeordneten Heizelement 15, 16 verbunden, welches mit Glühdrähten versehen ist, die mit einer nicht gezeigten Stromversorgung in Verbindung stehen. Die Heizelemente 15, 16 dienen der homogenen Aufheizung der optischen Oberflächen 13a, 14a der beiden reflektiven optischen Elemente 13, 14 im Strahlengang 6 auf eine Betriebstemperatur, welche im gezeigten Beispiel oberhalb von ca. 150°C liegt. Bei dieser Betriebstemperatur der optischen Oberflächen setzt eine Desorption von kontaminierenden Teilchen, insbesondere von Kohlenwasserstoffen, von den optischen Oberflächen 13a, 14a ein. Diese werden mittels benachbart zu den optischen Oberflächen 13a, 14a angeordneten Absaugeinrichtungen 17, 18 von den reflektiven optischen Elementen 14, 15 mittels einer nicht gezeigten Vakuumpumpe über jeweils einen zugeordneten Auslass 19, 20 aus dem unter Vakuumbedingungen betriebenen Projektionssystem 4 abgeführt.
Ebenso werden die optischen Oberflächen 9a, 10a des ersten und des zweiten optischen Elements 9, 10 des Beleuchtungssystems 3 auf einer Betriebstemperatur oberhalb von 150°C betrieben. Um das zweite optische Element 10 auf die Betriebstemperatur aufzuheizen, ist in diesem ein Heizelement 22 integriert. Das erste optische Element 9 wird während des Belichtungsbetriebs von der Belichtungsstrahlung auf eine Betriebstemperatur aufgeheizt, die deutlich über 150°C liegt. Um eine Zerstörung des ersten optischen Elements 9 zu verhindern, ist eine Kühlung erforderlich.
Für gewöhnlich ist es günstig, wenn zumindest alle optischen Elemente 9, 10, 13, 14 des Projektionssystems 4 und des Beleuchtungssystems 3 auch in den Betriebspausen des EUV-Lithographiesystems 1 auf der Betriebstemperatur gehalten werden, um Verspannungen durch Abkühlen und anschließendes Aufheizen sowie Wartezeiten bei der Inbetriebnahme des EUV-Lithographiesystems 1 zu vermeiden. Um das erste optische Element 9 sowohl während des Belichtungsbetriebs kühlen als auch während der Belichtungspausen beheizen zu können, ist in dieses ein kombiniertes Kühl-/Heizelement 21 integriert, welches ein Rohrleitungssystem aufweist, durch welches je nach Bedarf kalte oder heiße Flüssigkeiten geleitet werden können. Alternativ können hierzu auch elektronische Heiz- oder Kühlelemente verwendet werden, z. B. Heizdrähte oder Peltier-Elemente.
Für den Betrieb des EUV-Lithographiesystems 1 ist es günstig, wenn die reflektiven optischen Elemente 9, 10, 13, 14 des Beleuchtungssystems 3 sowie des Projektionssystems 4 und die reflektiven optischen Elemente 7, 8 des Strahlformungssystems 2 sowie die reflektive Photomaske 11 auf konstanter Betriebstemperatur gehalten werden. Daher sind diese jeweils mit einer Temperaturregelung versehen, welche im Folgenden anhand des zweiten optischen Elements 10 des Beleuchtungssystems 3, welches in 2 im Detail dargestellt ist, näher beschrieben wird.
Das in 2 gezeigte reflektive optische Element 10 weist ein Mehrfachschichtsystem 23 auf, welches auf einem Substrat 24 aufgebracht ist. Das Mehrfachschichtsystem 23 ist im vorliegenden Fall als Mo₂C/Si-Schichtsystem ausgelegt und weist daher eine Temperaturbeständigkeit bis hin zu Betriebstemperaturen von ca. 500°C auf. Auf der Oberseite des Mehrfachschichtsystem ist eine (nicht gezeigte) Deckschicht als Kontaminationsschutz oder Oxidationsschutz angebracht. Unterhalb des Substrats 24 befindet sich das Heizelement 22, auf dem ein Temperatursensor 25 angebracht ist. Der Temperatursensor 25 ist mit einer Regeleinrichtung 26 an dem optischen Element 10 verbunden, welches die Wärmeleistung des Heizelements 22 so steuert, dass während des Belichtungsbetriebs eine konstante Betriebstemperatur T an der optischen Oberfläche 10a des optischen Elements 10 eingehalten wird. Alternativ zu der hier gezeigten Regelung mittels eines Temperatursensors 25 kann die Regelung auch erfolgen, indem in einer nicht gezeigten Berechnungseinrichtung aus der auf das optische Element 10 auftreffenden, Strahlungsleistung und der bekannten Adsorptionscharakteristik des optischen Elements 10 sowie aus der an die Umgebung abgegebenen Wärmestrahlung, welche durch Versuche ermittelt werden kann, die Ist-Temperatur der optischen Oberfläche 10a errechnet wird und das Heizelement ausgehend von dieser Berechnung derart geregelt wird, dass sich die gewünschte Betriebstemperatur T an der optischen Oberfläche 10a einstellt.
Zusätzlich oder alternativ zu der in Zusammenhang mit 1 beschriebenen Möglichkeit, die Kontaminationen mit Hilfe von Absaugeinrichtungen 17, 18 aus dem Bereich des EUV-Lithographiesystems 1 auszuschleusen, ist es möglich, an dem optischen Element 10 ein Adsorptionselement 27 vorzusehen, welches das Substrat 24 z. B. ringförmig umgibt und aus einem gasbindenden Material besteht, insbesondere aus Titan, Tantal, Niob, Zirconium, Thorium, Barium, Magnesium, Aluminium, Ytterbium oder Cer. Die von der optischen Oberfläche 10a desorbierten, kontaminierenden Stoffe werden in diesem Fall an einer Adsorptionsoberfläche 27a des Adsorptionselements 27 adsorbiert. Hierbei ist es günstig, wenn das Adsorptionselement 27 eine Temperatur unterhalb der Betriebstemperatur T der optischen Oberfläche 10a aufweist, damit ein Temperaturgradient in radialer Richtung erzeugt werden kann, wodurch erreicht wird, dass sich die kontaminierenden Stoffe von der optischen Oberfläche 10a des optischen Elements 10 in radialer Richtung nach außen hin zur Adsorptionsoberfläche 27a bewegen.
Zusätzlich oder alternativ können in dem EUV-Lithographiesystem 1 auch weitere Adsorptionselemente vorgesehen sein, welche auf dem Prinzip des Auskondensierens von kontaminierenden Stoffen beruhen. Ein solches weiteres, ringförmiges Adsorptionselement 28 ist beispielhaft in 1 gezeigt. Das weitere Adsorptionselement 28 ist mit einer Kühleinrichtung 29 verbunden, welche eine Adsorptionsoberfläche 28a des Adsorptionselements 28 auf eine Temperatur von weniger als 80 K abkühlt. Zum Kühlen können hierbei beispielsweise flüssiger Stickstoff oder flüssiges Helium verwendet werden. Hierdurch wird an der Adsorptionsoberfläche 28a ein so genanntes Cryo-Panel erzeugt, welches die kontaminierenden Stoffe durch Auskondensieren bindet.
Für alle optischen Elemente 7 bis 11, 13, 14 kann entweder eine einheitliche Temperatur gewählt werden, oder diese werden mit unterschiedlichen Betriebstemperaturen betrieben, welche jeweils oberhalb einer Schwellentemperatur liegen müssen, bei welcher die Desorption einsetzt. Die Schwellentemperatur hängt von verschiedenen Faktoren, z. B. den Partialdrücken der kontaminierenden Stoffe in dem unter Vakuumbedingungen betriebenen EUV-Lithographiesystem 1 ab und kann geringer, aber auch größer als vorliegend beschrieben ausfallen. Durch das Halten aller reflektiven optischen Elemente 7 bis 11, 13, 14 des EUV-Lithographiesystems 1 bei einer Betriebstemperatur oberhalb der Schwellentemperatur können sich an deren optischen Ober flächen 8a bis 11a, 13a, 14a kontaminierende Stoffe nur schwer anlagern bzw. werden von dort desorbiert und z. B. auf die oben beschriebene Weise von den optischen Oberflächen 8a bis 11a, 13a, 14a weggeführt und nachfolgend adsorbiert bzw. aus dem EUV-Lithographiesystem 1 entfernt. Durch die Reduzierung der Kontaminationen auf den optischen Oberflächen 8a bis 11a, 13a, 14a wird die Lebensdauer der optischen Elemente 7 bis 11, 13, 14 bzw. der Reinigungszyklus des EUV-Lithographiesystems 1 verlängert.

Claims

EUV-Lithographiesystem (1) mit einer optischen Anordnung (2, 3, 4), welche mindestens zwei in einem Strahlengang (6) der optischen Anordnung (2, 3, 4) angeordnete, Strahlung im EUV-Wellenlängenbereich reflektierende optische Elemente (7 bis 11, 13, 14) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Desorption von Kontaminationen, insbesondere von Kohlenwasserstoffen, zumindest im Betrieb der optischen Anordnung (2, 3, 4) jedes der reflektiven optischen Elemente (7 bis 11, 13, 14) in dem Strahlengang (6) der optischen Anordnung (2, 3, 4) zumindest an der optischen Oberfläche (8a bis 10a, 13a, 14a) eine Betriebstemperatur (T) von ca. 30°C oder mehr, bevorzugt von ca. 100°C oder mehr, besonders bevorzugt von ca. 150°C oder mehr, insbesondere von ca. 250° oder mehr aufweist, dass zum Aufheizen der optischen Oberfläche (10a, 13a, 14a) jedes der reflektiven optischen Elemente (7 bis 11, 13, 14) auf die Betriebstemperatur (T) mindestens ein Heizelement (15, 16, 21, 22) vorgesehen ist, und dass die optischen Oberflächen (8a bis 10a, 13a, 14a) aller reflektiven optischen Elemente (7 bis 11, 13, 14) dieselbe Betriebstemperatur (T) aufweisen.
EUV-Lithographiesystem nach Anspruch 1, welches ausgelegt ist, die reflektiven optischen Elemente (7 bis 11, 13, 14) auch in den Betriebspausen des Belichtungsbetriebs des EUV-Lithographiesystems auf der Betriebstemperatur (T) zu halten.
EUV-Lithographiesystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die reflektiven optischen Elemente (7 bis 11, 13, 14) an deren optischen Oberflächen (8a bis 10a, 13a, 14a) mit einem bei der Betriebstemperatur (T) beständigen, reflektierenden Mehrfachschicht-System (23) versehen sind.
EUV-Lithographiesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches mindestens eine Regelungseinheit (26) zur Temperaturregelung mindestens eines der reflektiven optischen Elemente (7 bis 11, 13, 14) aufweist.
EUV-Lithographiesystem nach Anspruch 4, welches mindestens einen Temperatursensor (25) zur Bestimmung der Temperatur des mindestens einen temperaturgeregelten reflektiven optischen Elementes (9, 10, 13, 14) aufweist.
EUV-Lithographiesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches wenigstens ein Kühlelement (21) zum Kühlen zumindest der reflektierenden Oberfläche (9a) wenigstens eines reflektiven optischen Elements (9) aufweist.
EUV-Lithographiesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches mindestens ein Adsorptionselement (27, 28) mit einer Adsorptionsoberfläche (27a, 28a) zur Adsorption von Kontaminationen aufweist.
EUV-Lithographiesystem nach Anspruch 7, bei dem das Adsorptionselement (28) mit einer Kühleinheit (29) in Verbindung steht, welche ausgelegt ist, die Adsorptionsoberfläche (28a) auf Temperaturen von weniger als 290 K, bevorzugt weniger als 80 K, besonders bevorzugt von weniger als 20 K abzukühlen.
EUV-Lithographiesystem nach Anspruch 7 oder 8, bei dem die Adsorptionsoberfläche (27a) zumindest in einem Teilbereich aus einem gasbindenden Material, insbesondere aus Titan, Tantal, Niob, Zirkonium, Thorium, Barium, Magnesium, Aluminium, Ruthenium, Ytterbium oder Cer besteht.
EUV-Lithographiesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches eine Absaugeinrichtung (17, 18) zum Absaugen der desorbierten Kontaminationen aufweist.
EUV-Lithographiesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die optische Anordnung (2, 3, 4) durch ein Projektionssystem (4), ein Beleuchtungssystem (3) oder ein Strahlformungssystem (2) gebildet ist.
Optisches Element (9 bis 11, 13, 14), welches zur Reflexion von Strahlung im EUV-Wellenlängenbereich ausgelegt ist, und welches eine Heizeinrichtung (15, 16, 21, 22) zum Aufheizen der optischen Oberfläche (9a bis 11a, 13a, 14a) des optischen Elements (9 bis 11, 13, 14) auf eine Betriebstemperatur (T) von ca. 30°C oder mehr, bevorzugt von ca. 100°C oder mehr, besonders bevorzugt von ca. 150°C oder mehr, insbesondere von ca. 250° oder mehr aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (9 bis 11, 13, 14) eine Regelungseinrichtung (26) zur Regelung der Betriebstemperatur (T) aufweist.
Optisches Element nach Anspruch 12, welches weiterhin einen Temperatursensor (25) aufweist.
Optisches Element nach Anspruch 12 oder 13, welches eine Kühleinrichtung (21) zum Kühlen der optischen Oberfläche (9a) aufweist.
Optisches Element nach einem der Ansprüche 12 bis 14, welches an der optischen Oberfläche (8a bis 10a, 13a, 14a) mit einem temperaturbeständigen, reflektierenden Mehrfachschicht-System (23) versehen ist.
Verfahren zum Betreiben eines EUV-Lithographiesystems (1) mit mindestens einer optischen Anordnung (2, 3, 4), bei dem zur Desorption von Kohlenwasserstoffen zumindest im Betrieb der optischen Anordnung (2, 3, 4) alle für Strahlung im EUV-Wellenlängenbereich reflektiven optischen Elemente (7 bis 11, 13, 14) im Strahlengang (6) der optischen Anordnung (2, 3, 4) zumindest an deren optischen Oberflächen (8a bis 11a, 13a, 14a) auf einer Betriebstemperatur (T) von ca. 30°C oder mehr, bevorzugt von ca. 100°C oder mehr, besonders bevorzugt von ca. 150°C oder mehr, insbesondere von ca. 250° oder mehr gehalten werden, indem alle reflektiven optischen Elemente (7 bis 11, 13, 14) mittels mindestens eines Heizelements (15, 16, 21, 22) auf dieselbe Betriebstemperatur (T) aufgeheizt werden.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem die reflektiven optischen Elemente (7 bis 11, 13, 14) auch in den Betriebspausen der optischen Anordnung (2, 3, 4) auf der Betriebstemperatur (T) gehalten werden.