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Die Erfindung betrifft eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithografie, insbesondere eine EUV-Projektionsbelichtungsanlage mit einem beheizbaren optischen Element.
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Mit dem Trend zur immer weiteren Miniaturisierung der Komponenten in der Halbleitertechnologie ist es erforderlich geworden, auch die Wellenlängen des in Projektionsbelichtungsanlagen verwendeten Lichtes immer weiter zu verkürzen, um das Auflösungsvermögen der verwendeten Projektionsobjektive entsprechend steigern zu können. Die Wellenlängen der verwendeten optischen Strahlung haben sich in jüngerer Zeit bis in den EUV(= extrem ultraviolett)-Bereich verkürzt. In derartigen Wellenlängenbereichen stehen kaum mehr optische Komponenten zur Verfügung, die eine Abbildung mittels Diffraktion, also Lichtbrechung, erzeugen können. Stattdessen ist es in dem genannten Wellenlängenbereich erforderlich, eine Abbildung mittels Reflexion bzw. mittels reflektiver Elemente zu erreichen. Hierzu werden nach dem Stand der Technik Spiegel verwendet, deren Oberflächeneigenschaften auf die gewünschte optische Wirkung für die Verwendung in einem Projektionsobjektiv einer Projektionsbelichtungsanlage hin optimiert sind, also beispielsweise Grazing-Incidence-Spiegel oder Multilagenspiegel.
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Allerdings müssen die genannten Spiegel, um eine befriedigende Abbildung zu erreichen, mit optischer Strahlung ganz erheblicher Leistungsdichte beaufschlagt werden. Dabei wird ein beträchtlicher Anteil der optischen Strahlung im Spiegelmaterial absorbiert, was zu einer Aufheizung des Spiegels führt. Hinzu kommt, dass die Ausleuchtung der Spiegel je nach abzubildender Struktur nicht gleichmäßig ist, sondern je nach Anwendung erhebliche Intensitätsgradienten über die Spiegelfläche hinweg aufweist. Diese Intensitätsgradienten rühren daher, dass für unterschiedliche zu erzeugende Strukturen auf einem zu belichtenden Wafer auch unterschiedliche Beleuchtungsverteilungen auf der ab zubildenden Maske erforderlich sind. In diesem Fall wird auch von unterschiedlichen Beleuchtungssettings gesprochen. Ein typisches Beleuchtungssetting besteht beispielsweise darin, dass sich auf der Maske zwei Intensitätsmaxima der Beleuchtungsstrahlung finden; in diesem Zusammenhang wird auch von einem Dipolsetting gesprochen. Auch andere Settings sind denkbar. Im Ergebnis führt die inhomogene Ausleuchtung der im Projektionsobjektiv verwendeten Spiegel aufgrund der jeweils gewählten Beleuchtungssettings dazu, dass sich die Spiegel lokal unterschiedlich stark erwärmen. Der so entstehende Temperaturgradient erzeugt aufgrund der thermischen Ausdehnung des Spiegelmaterials Verformungen der Spiegel, die im Ergebnis zu einer Verschlechterung der Abbildungsqualität führen. Um diesem Effekt entgegen zu wirken, wurden in der Vergangenheit verschiedene Lösungen vorgeschlagen, mittels derer eine homogene Temperaturverteilung über das Spiegelmaterial hinweg erreicht werden sollte.
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Eine Möglichkeit besteht beispielsweise darin, mittels gezielt eingestrahlter optischer Strahlung mit einer von der für die Abbildung verwendeten optischen Strahlung deutlich verschiedenen Wellenlängen, um das jeweilige optische Element gezielt bereichsweise zu heizen. Hierzu ist es jedoch erforderlich, die Strahlung genau auf die gewünschten Bereiche auszurichten und den Bereich zwischen der Strahlungsquelle und den zu erwärmenden Bereichen von störenden Elementen freizuhalten, welche die Einstrahlung auf das optische Element beeinträchtigen könnten. Daneben besteht in diesem Fall auch die Problematik, dass gegebenenfalls Bereiche, die nicht erwärmt werden sollen, beispielsweise aufgrund von Streulicht unabsichtlich erwärmt werden, was eine weitere Fehlerquelle darstellt.
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Es ist deswegen Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Projektionsbelichtungsanlage anzugeben, mittels derer ein gezieltes bereichsweises Heizen erreicht werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch die Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen und Varianten der Erfindung.
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Die erfindungsgemäße Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithografie zeigt optische Elemente, wobei mindestens eines der optischen Elemente Mittel zum kontaktlosen Erzeugen elektrischer Ströme in dem optischen Element aufweist; die elektrischen Ströme sind dabei geeignet, das mindestens eine optische Element wenigstens bereichsweise zu erwärmen. Mit anderen Worten, werden in dem optischen Element, welches temperiert werden soll, gezielt lokale elektrische Ströme wie beispielsweise Wirbelströme erzeugt, welche aufgrund des Ohmschen Widerstands des Materials des optischen Elements zu einer lokalen Erwärmung und damit im Ergebnis zu einer Homogenisierung der Temperaturverteilung über das optische Element hinweg führen. Dadurch werden die eingangs angesprochenen ungewollten Deformationen des optischen Elements und die damit einhergehenden Abbildungsfehler wirksam vermieden. Dadurch, dass die Erwärmung nicht wie im Stand der Technik üblich durch Einstrahlung von außen, sondern unmittelbar im Material des optischen Elements selbst entsteht, werden die vorne beschriebenen Probleme im Hinblick auf ungewollte Erwärmung anderer Elemente oder auch Abschattung wirksam vermieden.
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Dadurch, dass die elektrischen Ströme in dem optischen Element kontaktlos, das heißt ohne mechanischen Kontakt, erzeugt werden, wird eine minimale mechanische Beanspruchung des optischen Elements aufgrund des Einbringens der Ströme erreicht.
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Eine vorteilhafte Möglichkeit zum kontaktlosen Erzeugen der genannten elektrischen Ströme besteht darin, dass es sich bei den Mitteln zum kontaktlosen Erzeugen elektrischer Ströme um Induktionsspulen handelt. Von den genannten Induktionsspulen können mehrere Exemplare räumlich verteilt im Bereich des optischen Elements angeordnet werden, so dass die durch die Induktionsspulen erzeugten magnetischen Wechselfelder auf bestimmte Bereiche des optischen Elements einwirken können; ein Betrieb der Induktionsspulen mit einem Wechselstrom mit einer Frequenz im Bereich von 25 bis 50 Hz stellt eine vorteilhafte Wahl der Betriebsparameter der Spulen dar. Die gewählte niedere Frequenz ist insbesondere deswegen vorteilhaft, weil sie einen genügend großen Abstand zur mechanischen Eigenfrequenz aufweist, welche optische Elemente in Projektionsbelichtungsanlagen üblicherweise aufweisen.
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Insbesondere bei einer Anwendung der Erfindung in Projektionsbelichtungsanlagen für die EUV-Halbleiterlithografie kann es sich bei den optischen Elementen um reflektive optische Elemente, insbesondere um Grazing-Incidence-Spiegel oder Multilagenspiegel handeln. Unter einem Grazing-Incidence-Spiegel soll im folgenden ein Spiegel mit einer metallischen reflektierenden Fläche verstanden werden. Bei einem Betrieb eines derartigen Spiegels im kurzwelligen Spektralbereich wird die Reflektivität des Spiegels zu flachen Einfallswinkeln (grazing incidence) hin höher. Im Unterschied hierzu beruhen Multilagenspiegel nicht auf einer Reflexion an einer spiegelnden metallischen Schicht, sondern darauf, dass einfallende elektromagnetische Strahlung von einer räumlich ausgedehnten Struktur mit in einer Richtung periodisch veränderlichem Brechungsindex reflektiert wird. Die genannte periodische Struktur wird insbesondere dadurch erzeugt, dass auf ein Substrat ein Multilagenbereich aufgebracht wird. Bei dem Multilagenbereich kann es sich insbesondere um eine alternierende Abfolge von Silizium- und Molybdänschichten handeln.
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Das reflektive optische Element kann ein Substrat und einen darauf angeordneten reflektierenden Bereich aufweisen. Die Mittel zum kontaktlosen Erzeugen zeitlich veränderlicher Ströme können dann insbesondere auf der Seite des Substrats des reflektiven optischen Elements angeordnet werden. Da das reflektive optische Element üblicherweise von der mit dem reflektierenden Bereich versehenen Seite her mit der zur Belichtung verwendeten optischen Strahlung beaufschlagt wird, stellt die Anordnung der Mittel zum kontaktlosen Erzeugen der zeitlich veränderlichen Ströme auf der Substratseite diejenige Variante dar, bei welcher die Anwesenheit der genannten Mittel die optische Funktionalität des optischen Elements, also im vor liegenden Fall des Spiegels, am wenigsten beeinträchtigt.
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In einer einfachen Ausführungsform der Erfindung sind auf der Substratseite eines Multilagenspiegels eine oder mehrere Induktionsspulen angeordnet. Das magnetische Wechselfeld erzeugt im Multilagenbereich des Spiegels, dort insbesondere in den Molybdänschichten elektrische Wirbelströme, welche aufgrund des Ohmschen Widerstands der genannten Schichten bereits eine gewisse Erwärmung des Spiegels verursachen. Es können also auch unmodifizierte Multilagenspiegel zur Erwärmung mit den genannten Mitteln zum kontaktlosen Erzeugen elektrischer Ströme, also beispielsweise mit Induktionsspulen, versehen werden. Diese Variante gestattet beispielsweise das Nachrüsten von bereits im Feld, das heißt im industriellen Einsatz befindlichen Projektionsbelichtungsanlagen.
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Eine Verbesserung der Effizienz der Erwärmung kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass sich zwischen dem Multilagenbereich des Multilagenspiegels und dem Substrat ein ferromagnetisches Material befindet. Dabei kann das ferromagnetische Material als Schicht mit einer Dicke von weniger als 100 nm, bevorzugt weniger als 50 nm, besonders bevorzugt weniger als 5 nm, ausgebildet sein. Das ferromagnetische Material kann als Schicht gleichmäßiger Dicke im gesamten Bereich zwischen dem Multilagenbereich und dem Substrat angeordnet sein. Alternativ kann das ferromagnetische Material auch nicht vollflächig zwischen dem Multilagenbereich und dem Substrat angeordnet sein; mit anderen Worten, können auch zwischen dem Multilagenbereich und dem Substrat inselartige Bereiche ferromagnetischen Materials vorhanden sein, wohingegen in anderen Bereichen sich das Substrat und der Multilagenbereich in direktem Kontakt, gegebenenfalls in einem durch eine metallische Haftvermittlerschicht vermittelten Kontakt befindet. Die Ausbildung einzelner Bereiche ferromagnetischen Materials zwischen Substrat und Multilagenbereich hat dabei die Wirkung, dass das optische Element gezielt in bestimmten Bereichen beheizt werden kann. Die Aufheizung des optischen Elementes wird durch die gute thermische Leitfähigkeit des Multilagenbereiches unterstützt.
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Daneben kann das ferromagnetische Material auch zwischen einem reflektierenden Bereich eines Grazing-Incidence-Spiegels und dessen Substrat angeordnet sein.
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Das ferromagnetische Material muss ferner nicht zwingend ausschließlich zwischen dem Multilagenbereich und dem Substrat des Multilagenspiegels angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich zu einer Anordnung zwischen dem Multilagenbereich und dem Spiegelsubstrat ist es ebenso denkbar, Bereiche außerhalb des Zwischenbereichs zwischen Substrat und Multilagenschicht auf dem Multilagenspiegel mit dem ferromagnetischen Material zu versehen; hier kommen insbesondere die Randbereiche des optischen Elements in Frage. Entsprechendes gilt für eine Anwendung für Grazing-Incidence-Spiegel.
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Das ferromagnetische Material kann insbesondere einen Stoff aus der Gruppe CO, Fe, Ni, CrO2, Gd, Dy, EuO oder HO enthalten.
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Eine weitere vorteilhafte Variante der Erfindung besteht darin, dass mindestens eine Lage des Multilagenbereichs des Multilagenspiegels ein ferromagnetisches Material enthält. Hierdurch kann eine vorteilhafte Doppelwirkung dadurch erreicht werden, dass einerseits die genannte Lage des Multilagenbereichs einerseits zur optischen Wirkung, nämlich zur Reflektivität des Multilagenspiegels beiträgt und andererseits die Aufheizung des Spiegels durch beispielsweise ein magnetisches Wechselfeld, welches von der Spiegelrückseite her eingestrahlt wird, unterstützt. Insbesondere kann bei einem Aufbau des Multilagenbereichs aus zwei Sorten von Lagen eine Sorte der Lagen vollständig das ferromagnetische Material enthalten.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine EUV-Projektionsbelichtungsanlage, in welcher bei einem der Spiegel die Erfindung verwirklicht ist;
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2 eine Variante der Erfindung, bei welcher sich eine homogene Schicht ferromagnetischen Materials zwischen dem Multilagenbereich und dem Substrat eines Multilagenspiegels befindet;
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3 eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die Schicht ferromagnetischen Materials zwischen dem Multilagenbereich und dem Substrat inhomogen ausgebildet ist;
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4 eine weitere Variante, bei welcher eine Sorte der Multilagen des Multilagenbereichs ferromagnetisches Material enthält, und
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5 eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei welcher sich ferromagnetisches Material außerhalb des Bereichs zwischen Substrat und Multilagenbereich eines Multilagenspiegels befindet.
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In 1 ist rein schematisch eine EUV-Projektionsbelichtungsanlage 11 dargestellt, bei welcher das erfindungsgemäße Konzept verwirklicht ist. Die Projektionsbelichtungsanlage 11 zeigt eine Lichtquelle 12, ein EUV-Beleuchtungssystem 13 zur Ausleuchtung eines Feldes in einer Objektebene 14, in welcher eine strukturtragende Maske angeordnet ist, sowie ein Projektionsobjektiv 15 mit einem Gehäuse 16 und einem Strahlenbündel 20 zur Abbildung der strukturtragenden Maske in der Objektebene 14 auf ein lichtempfindliches Substrat 17 zur Herstellung von Halbleiterbauelementen. Das Projektionsobjektiv 15 weist zur Strahlformung als Spiegel 18 ausgebildete optische Elemente auf. Auch das Beleuchtungssystem 13 weist derartige optische Elemente zur Strahlformung bzw. Strahlleitung auf. Diese sind jedoch in 1 nicht näher dargestellt.
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Gut erkennbar aus 1 ist, dass der Spiegel 1 erfindungsgemäß mit Mitteln zum kontaktlosen Erzeugen elektrischer Ströme 2, im vorliegenden Fall mit Induktionsspulen, ausgestattet ist.
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Es ist auch denkbar, weitere Spiegel 18 mit Mitteln zum kontaktlosen Erzeugen elektrischer Ströme zu versehen.
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2 zeigt eine erste Ausführungsform der Erfindung, bei welcher das optische Element als Multilagenspiegel 1 ausgebildet ist. Der Multilagenspiegel 1 zeigt dabei das Substrat 102 und den darauf angeordneten Multilagenbereich 101. Bei dem Substrat 102 kann es sich insbesondere um ein Material mit geringem thermischen Ausdehnungskoeffizienten, wie beispielsweise Zerodur oder ULE, handeln. Es dient zur mechanischen Stabilisierung des Multilagenspiegels 1. Auf dem Substrat 102 ist der Multilagenbereich 101 angeordnet, der alternierend wechselnde Materialschichten, beispielsweise jeweils Silizium und Molybdän im Wechsel, aufweist. Im vorliegenden Beispiel sind lediglich jeweils drei der angesprochenen Schichten gezeigt; in der Realität sind auf dem Multilagenspiegel 1 ca. 30 bis 100 der genannten Schichten angeordnet. Zwischen dem Multilagenbereich 101 und dem Substrat 102 ist eine Schicht ferromagnetischen Materials 21 angeordnet. In diesem ferromagnetischen Material lassen sich mittels zeitlich veränderlicher Magnetfelder besonders effektiv Ströme, insbesondere Wirbelströme, erzeugen. Für das ferromagnetische Material kommt eines oder mehrere der Materialien Co, Fe, Ni, CrO2, Gd, Dy, EuO oder Ho in Frage. Auf der Substratseite des Multilagenspiegels 1 sind die beiden Spulen 2 als Mittel zur kontaktlosen Erzeugung elektrischer Ströme insbesondere in dem ferromagnetischen Material 21 angeordnet. Im Betrieb werden die Spulen 2 mit einer Wechselspannung im Bereich von ca. 25 bis 50 Hz beaufschlagt, wodurch ein zeitlich veränderliches Magnetfeld entsteht, welches bis in den Bereich des ferromagnetischen Materials 21 reicht. Infolge des magnetischen Wechselfeldes werden in dem ferromagnetischen Material 21 Ströme induziert, welche aufgrund des Ohmschen Widerstands des ferromagnetischen Materials 21 zu dessen Erwärmung und eine Erwärmung der umliegenden Bereiche im Multilagenspiegel 1. Die genannte Wahl der Frequenz der Wechselspannung hat den Vorteil, dass dadurch ein hinreichend großer Abstand zu den mechanischen Eigenfrequenzen der umgebenden Bauteile, insbesondere des Spiegels 1, gewährleistet ist, so dass eine Anregung mechanischer Schwingungen aufgrund des zeitlich veränderlichen Feldes wirksam vermieden wird.
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3 zeigt eine Variante der Erfindung, bei welcher bei ansonsten praktisch identischem Aufbau aus 2 der Bereich mit dem ferromagnetischen Material 21 nicht zusammenhängend ausgebildet ist. Das ferromagnetische Material 21 ist im Bereich zwischen dem Multilagenbereich 101 und dem Substrat 102 inselartig verteilt angeordnet. Diese Anordnung hat die Wirkung, dass die Erwärmung des optischen Elements 1 aufgrund des darauf wirkenden magnetischen Wechselfeldes primär in denjenigen Bereichen des optischen Elements 1 erfolgt, die dem ferromagnetischen Material 21 benachbart sind. Im in 3 gezeigten Beispiel können damit insbesondere stark ortsabhängige Temperaturverteilungen in dem Multilagenbereich 101 ausgeglichen werden.
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4 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher der Multilagenbereich 101' in der Weise ausgebildet ist, dass eine Sorte der Schichten aus ferromagnetischem Material 21 besteht bzw. mit ferromagnetischem Material 21 versehen ist. Die zusätzliche Schicht ferromagnetischen Materials 21, wie in den 2 und 3 gezeigt, kann somit entfallen; die Einwirkung des magnetischen Wechselfelds der Spule 2 erzeugt direkt im Multilagenbereich 101' des Multilagenspiegels 1 die gewünschte Erwärmung. Als vorteilhafte Materialien für diejenigen Lagen, welche mit dem ferromagnetischen Material versehen sind, haben sich insbesondere die bereits genannten Stoffe aus der Gruppe CO, Fe, Ni, CrO2, Gd, Dy, EuO oder HO erwiesen.
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5 zeigt eine Variante der Erfindung, bei welcher sich ferromagnetisches Material 21 auch außerhalb des Bereichs zwischen der Multilagenschicht 101 und dem Substrat 102 befindet. Wie in 5 gezeigt, sind zusätzliche Bereiche des ferromagnetischen Materials 21 an den Seitenflächen des Substrats 102 angeordnet; benachbart zu diesen Seitenflächen sind zusätzliche Induktionsspulen 2 angebracht, wodurch sich eine besonders schnelle und großflächige Erwärmung des Spiegelsubstrats und damit des Multilayerspiegels 1 erreichen lässt. Es sind auch Varianten denkbar, bei welchen sich das ferromagnetische Material 21 ausschließlich an den Seitenflächen des Multilayerspiegels 1 befindet, so dass die Schicht ferromagnetischen Materials 21 zwischen Substrat 102 und Multilagenbereich 101 entfallen könnte; in diesem Fall werden jedoch die Randbereiche des Multilagerspiegels 1 bevorzugt beheizt, was für bestimmte Anwendungen und bestimmte Beleuchtungssettings ebenfalls vorteilhaft sein kann.
