DE102011004446A1

DE102011004446A1 - Gekühltes optisches Element

Info

Publication number: DE102011004446A1
Application number: DE201110004446
Authority: DE
Inventors: Joachim Hartjes
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2011-02-21
Filing date: 2011-02-21
Publication date: 2012-08-23

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Element für eine optische Vorrichtung, insbesondere für eine Projektionsbelichtungsanlage (1) sowie eine entsprechende Projektionsbelichtungsanlage, mit mindestens einem optisch wirksamen Element (8), welches einem Arbeitslicht der optischen Vorrichtung ausgesetzt wird, und einem Kühlelement (9), welches durch das Arbeitslicht am optisch wirksamen Element erzeugte Wärme ableitet, wobei das optisch wirksame Element (8) aus Silizium und das Kühlelement (9) aus SiC oder SiSiC gebildet ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Element für eine optische Vorrichtung, insbesondere für eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithografie, welches gekühlt werden kann, sowie eine Projektionsbelichtungsanlage, insbesondere EUV-Projektionsbelichtungsanlage, welches ein entsprechendes, gekühltes optisches Element verwendet.
STAND DER TECHNIK
Mikrolithografie-Projektionsbelichtungsanlagen werden eingesetzt um kleinste Strukturen in der Mikroelektronik, Mikrosystemtechnik oder Nanotechnik zu erzeugen. Hierbei werden Strukturen, die auf einem Retikel vorhanden sind, verkleinert auf eine photosensitive Schicht auf einem Substrat abgebildet, um dort die Mikrostrukturen oder Nanostrukturen zu erzeugen. Aufgrund der immer kleiner werdenden Dimensionen der zu erzeugenden Strukturen werden mittlerweile Projektionsbelichtungsanlagen mit Licht bzw. allgemein elektromagnetischer Strahlung betrieben, die beispielsweise im Bereich der Wellenlänge des extrem ultravioletten Wellenlängenspektrums (EUV) liegt. Beispielsweise kann hier ein Licht mit einer Wellenlänge von 13,5 nm eingesetzt werden. Ein derartiges Licht führt jedoch in einer Projektionsbelichtungsanlage insbesondere im Beleuchtungssystem, welches das Retikel in geeigneter Weise beleuchtet, zu einer hohen Strahlenbelastung, die wiederum zu einer hohen Wärmebelastung führt.
Da eine Erwärmung der optischen Elemente in einer Projektionsbelichtungsanlage zu Veränderungen der Abbildungseigenschaften führen kann, sollte eine Temperaturveränderung möglichst vermieden werden.
Entsprechend ist es aus dem Stand der Technik bekannt gekühlte optische Elemente einzusetzen, bei denen beispielsweise Kühlelemente zur Ableitung der Wärme vorgesehen sind, welche Kühlkanäle aufweisen, durch die Kühlmedium geleitet werden kann.
Allerdings ist das Vorsehen von Kühlelementen mit Schwierigkeiten verbunden, da die optisch wirksamen Bereiche bzw. Elemente eines gekühlten optischen Elements mit dem Kühlelement in geeigneter Weise zusammenwirken muss, um die Kühlfunktion bereitzustellen. Dazu ist es üblicherweise erforderlich, dass das Kühlelement mit dem optisch wirksamen Element verbunden wird. Entsprechend müssen die Eigenschaften von Kühlelement und optisch wirksamen Element aufeinander abgestimmt sein, um Fehlerquellen zu vermeiden. So sollten beispielsweise die thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Kühlelement und optisch wirksamem Element möglichst gleich sein, um bei tatsächlich auftretenden Temperaturveränderungen gleichartige Dimensionsänderungen zu bewirken, um so thermisch eingebrachte Spannungen und Verformungen zu vermeiden.
Entsprechend ist es aus dem Stand der Technik bekannt, optisch wirksame Elemente, die vorzugsweise aus Silizium gefertigt werden, mit entsprechenden Kühlelementen zu versehen, die im Fall von Silizium aus Stahl, Aluminium oder Nickellegierungen, wie Invar, gebildet sein können.
Beispiele für entsprechende, gekühlte optische Elemente sind in der US 2007/0091485 , EP 1376185 , WO 2007/051638 und WO 2005/054547 zu finden.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
AUFGABE DER ERFINDUNG
Obwohl mit den oben beschriebenen gekühlten optischen Elementen bereits gute Ergebnisse erzielbar sind, besteht ein weiterer Bedarf einer Optimierung, um hochpräzise Projektionsbelichtungsanlagen herstellen zu können. Gleichwohl sollen entsprechende gekühlte, optische Elemente einfach und zuverlässig aufgebaut und herstellbar sein.
TECHNISCHE LÖSUNG
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein optisches Element mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einer Projektionsbelichtungsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 7. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung geht aus von der Erkenntnis, dass zur Erzielung höchster Abbildungsgenauigkeiten gekühlte, optische Elemente erforderlich sind, die nicht nur eine Anpassung von optisch wirksamem Element und Kühlelement hinsichtlich des thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, sondern bei denen auch weitere Eigenschaften und insbesondere mechanische Eigenschaften aufeinander angepasst sind, wie beispielsweise der Elastizitätsmodul, die Streckgrenze bzw. 0,2% Dehngrenze, die Steifigkeit, Formstabilität, Druck-Zug- und Scherfestigkeiten sowie Eigenfrequenzen und dergleichen. Mit der Erkenntnis, dass auch diese zusätzlichen Eigenschaften aneinander angepasst sein müssen, um hochpräzise, gekühlte optische Elemente erhalten zu können, ist weiterhin festgestellt worden, dass eine Materialkombination Silizium mit Siliziumkarbid oder SiSiC (Silizium infiltriertes Siliziumkarbid) die Anforderungen am Besten erfüllt. Entsprechend wird gemäß der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen ein gekühltes optisches Element vorzusehen, welches ein optisch wirksames Element und ein Kühlelement umfasst, wobei das optisch wirksame Element aus Silizium gebildet ist und das Kühlelement aus Siliziumkarbid oder SiSiC.
Das optisch wirksame Element wird dem Arbeitslicht der optischen Vorrichtung, in dem das optische Element eingesetzt wird, ausgesetzt und das Kühlelement dient dazu, die durch das Arbeitslicht erzeugte Wärme vom optisch wirksamen Element abzuleiten. Entsprechend können optisch wirksames Element und Kühlelement form-, kraft- und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sein.
Das optisch wirksame Element kann insbesondere ein Spiegel für eine EUV-Projektionsbelichtungsanlage sein oder insbesondere eine Mehrfachspiegelanordnung (MMA multi mirror array).
Entsprechend können auch mehrere optisch wirksame Elemente, beispielsweise die einzelnen Spiegelelemente einer Mehrfachspiegelanordnung, einem gemeinsamen Kühlelement zugeordnet sein oder mehrere Kühlelemente können einem optisch wirksamen Element zugeordnet sein.
Das Kühlelemente kann entsprechende Kühleinrichtungen zur Ableitung der Wärme mittels eines Kühlmediums umfassen, wobei insbesondere Kühlkanäle vorgesehen sein können, durch die ein Kühlmedium, wie eine Kühlflüssigkeit oder ein Kühlgas fließen können. Die Kühlkanäle können hierbei direkt im Kühlelement vorgesehen sein oder das Kühlelement kann so ausgebildet sein, dass die Kühlkanäle an der Oberfläche des Kühlelements angeordnet oder ausgebildet werden können.
Entsprechende, gekühlte, optische Elemente können insbesondere in EUV-Projektionsbelichtungsanlagen und dort wiederum im Beleuchtungssystem eingesetzt werden.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die beigefügten Zeichnungen zeigen in rein schematischer Weise in
1 eine Projektionsbelichtungsanlage; und in
2 ein erfindungsgemäßes optisches Element.
AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
Weitere Vorteile, Kennzeichen und Merkmale werden bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der beigefügten Zeichnungen deutlich.
Die 1 zeigt in einer rein schematischen Darstellung eines Projektionsbelichtungsanlage 1 mit einer Lichtquelle 2, einem Beleuchtungssytem 3 und einem Projektionsobjektiv 5. Das Licht bzw. allgemein die elektromagnetische Strahlung 11, die von der Lichtquelle 2, beispielsweise einem Laser, welcher Licht im Wellenlängenbereich des extrem ultravioletten Spektrums produziert, und einer Lichtformungseinheit erzeugt wird, wird im Beleuchtungssystem 3 auf ein Retikel 4 gelenkt, um dieses zu beleuchten, sodass die im oder auf dem Retikel 4 vorgesehenen Strukturen mittels des Projektionsobjektivs 5 verkleinert auf das Substrat 6, beispielsweise einen mit lichtempfindlichem Lack beschichteten Silizium-Wafer abgebildet werden.
Bei entsprechenden Projektionsbelichtungsanlagen 1, die mit Arbeitslicht in Wellenlängenspektrum von extrem ultravioletten Licht (EUV-Strahlung) arbeiten, werden optische Elemente, wie Spiegel, insbesondere im Beleuchtungssystem 3 einer hohen Strahlungsbelastung ausgesetzt, die eine starke Erwärmung zur Folge hat. Entsprechend werden optische Elemente eingesetzt, die Kühlmöglichkeiten aufweisen, um die Temperaturveränderung des optischen Elements zu minimieren.
In 2 ist in einer Schnittdarstellung ein Beispiel für ein erfindungsgemäßes optisches Element 7 gezeigt.
Das optische Element 7 umfasst ein optisch wirksames Element 8 in Form einer Spiegeleinheit sowie ein Kühlelement 9 zur Ableitung von Wärme aus dem optisch wirksamen Element 8, welche durch die Strahlungsbelastung erzeugt wird.
Hierzu weist das Kühlelement 9 Kühlkanäle 10 auf, durch die ein Kühlmedium, wie beispielsweise eine Kühlflüssigkeit oder ein Kühlgas, geleitet werden können.
Das optische Element 7 ist in der 2 lediglich schematisch und beispielhaft dargestellt und es ist selbstverständlich, dass das optische Element 7 in vielfältigen Formen und technischen Ausbildungen realisiert werden kann.
So ist bei dem Beispiel der 2 das optische Element 7 so dargestellt, dass das optische Element 8 und das Kühlelement 9 vollflächig an einer ebenen Anlagefläche miteinander verbunden sind. Es ist jedoch selbstverständlich, dass die Verbindung von Kühlelement 9 und optisch wirksamem Element 8 in vielfältiger Weise mit vielfältigen Formen und verschiedensten Verbindungstechniken erfolgen kann.
So kann die Verbindung zwischen dem optisch wirksamen Element 8 und Kühlelement 9 über kraftschlüssige, formschlüssige und/oder stoffschlüssige Verbindungen, wie beispielsweise Löten erfolgen.
Erfindungsgemäß ist das optisch wirksame Element 8 aus Silizium gebildet, wobei der Siliziumanteil mindestens 98 Gewichts- oder Volumenprozent betragen kann. Darüber hinaus ist Silizium mit höherer Reinheit natürlich ebenso einsetzbar.
Das Kühlelement ist aus einer Siliziumkarbid-Keramik gebildet, deren überwiegender Bestandteil Siliziumkarbid ist, wobei weitere Elemente, die zur Ausbildung von technisch einsetzbaren Siliziumkarbid erforderlich oder vorteilhaft sind, beigemengt sein können. Insbesondere kann es sich um sogenanntes SiSiC, also Silizium infiltriertes Siliziumkarbid handeln, bei dem neben Siliziumkarbidphasen Siliziumphasen im Gefüge vorliegen. Entsprechende technische Werkstoffe sind handelsüblich verfügbar und können entsprechend hier eingesetzt werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand des beigefügten Ausführungsbeispiels detailliert beschrieben worden ist, ist für den Fachmann selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt ist, sondern dass vielmehr Abwandlungen in der Weise möglich sind, dass andersartige Kombinationen von Merkmalen oder das Weglassen einzelner Merkmale möglich sind, ohne dass der Schutzbereich der beigefügten Ansprüche verlassen wird. Insbesondere umfasst die vorliegende Offenbarung sämtliche Kombinationen aller vorgestellter Einzelmerkmale.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2007/0091485 [0007]
EP 1376185 [0007]
WO 2007/051638 [0007]
WO 2005/054547 [0007]

Claims

Optisches Element für eine optische Vorrichtung, insbesondere für eine Projektionsbelichtungsanlage (1), mit mindestens einem optisch wirksamen Element (8), welches einem Arbeitslicht der optischen Vorrichtung ausgesetzt wird, und einem Kühlelement (9), welches durch das Arbeitslicht am optisch wirksamen Element erzeugte Wärme ableitet, dadurch gekennzeichnet, dass das optisch wirksame Element (8) aus Silizium und das Kühlelement (9) aus SiC oder SiSiC gebildet ist.
Optisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das optisch wirksame Element (8) und das Kühlelement (8) form-, kraft- und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
Optisches Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das optisch wirksame Element (8) ein Spiegel ist.
Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere optisch wirksame Elemente mit einem Kühlelement oder mehrere Kühlelemente mit einem optischen wirksamen Element verbunden sind.
Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlelement Kühleinrichtungen (10) zur Kühlung mittels eines Kühlmediums umfasst.
Optisches Element nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtungen Kühlkanäle (10) umfassen, die im Kühlelement oder am Kühlelement ausgebildet sind.
Projektionsbelichtungsanlage, insbesondere EUV-Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit mindestens einem optischen Element nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
Projektionsbelichtangsanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die optischen Elemente im Beleuchtungssystem (3) enthalten sind.