DE102011005778A1

DE102011005778A1 - Optisches Element

Info

Publication number: DE102011005778A1
Application number: DE102011005778A
Authority: DE
Inventors: Joachim Hartjes; Damian Fiolka; Boaz Pnini-Mittler
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2011-03-18
Filing date: 2011-03-18
Publication date: 2012-09-20
Also published as: US20140071523A1; TWI574113B; CN103562797B; CN103562797A; TW201303518A; US9423590B2; WO2012126830A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein optisches Element für eine Projektionsbelichtungsanlage der Halbleiterlithographie mit einer optisch aktiven Fläche (9) und mindestens einer Kühlkomponente zum Kühlen des optischen Elements, wobei die Kühlkomponente mit mindestens zwei separaten Kühlkreisläufen verbunden und in der Weise ausgebildet ist, dass die optisch aktive Fläche (9) in mindestens einem Teilbereich stärker gekühlt werden kann als in einem weiteren Teilbereich. Ferner betrifft die Erfindung eine Projektionsbelichtungsanlage mit einem erfindungsgemäßen optischen Element.

Description

Die Erfindung betrifft optische Elemente, die mindestens eine optisch aktive Fläche aufweisen. Ein optisches Element kann dabei insbesondere eine optische Einzel-Komponente sein, wie z. B. ein Umlenkspiegel in einem EUV-Beleuchtungssystem für die Halbleiter-Lithographie. Ebenso kann ein optisches Element auch aus einer oder aus mehreren optischen Einzel-Komponenten aufgebaut sein. Beispielsweise wird ein aus einem Spiegeltragkörper und vielen Einzel-Spiegelfacetten zusammengesetzter Facettenspiegel im Folgenden ebenfalls als optisches Element bezeichnet.
Die genannten optischen Elemente sind häufig in einer größeren Einheit, wie beispielsweise einem EUV-Beleuchtungssystem, montiert. Das optische Element ist dabei ein dreidimensionaler geometrischer Körper, der in der Regel durch mehrere Flächen begrenzt wird, und zur Erfüllung einer oder mehrerer optischer Funktionen, wie z. B. dem Umlenken oder anderweitigem Manipulieren von elektromagnetischer Strahlung, verwendet wird. Gemäß dem optischen Strahlengang trifft die elektromagnetische Strahlung mindestens auf eine Fläche der optischen Elemente, wobei diese Fläche hier als optisch aktive Fläche bezeichnet wird. Die optisch aktive Fläche kann in mehrere Teilflächen gegliedert sein, in Teilabschnitten konvex oder konkav gekrümmt sein und auch Topografiesprünge, wie z. B. bei einer diffraktiven optischen Struktur üblich, enthalten. Die optisch aktive Fläche ist stets an einer Oberfläche des optischen Elements zu finden, wobei die optisch aktive Fläche unter anderem auch aus einer Multilayer-Schicht bestehen kann und/oder andere Beschichtungen, wie z. B. auch eine Absorberschicht, aufweisen kann. Die einzelnen optischen Elemente können aus unterschiedlichen Materialien aufgebaut sein und/oder weisen in der Regel auch unterschiedliche Bauteilgeometrien auf. Während des Betriebs des Beleuchtungssystems können außerdem unterschiedliche Beleuchtungs-Settings, wie z. B. ein annulares Setting, ein Dipol- Quadrupol- oder ein anderes Multipol-Setting oder auch ein Quasar- bzw. Cquad-Setting eingestellt werden. Dies hat zur Folge, dass je nach Beleuchtungs-Setting elektromagnetische Strahlung mit lokal unterschiedlicher Intensität auf die optischen Elemente trifft. Des Weiteren sind bei manchen hier betrachteten optischen Elementen lokal unterschiedliche Absorberschichten aufgebracht. Diese Absorberschichten werden eingesetzt, um nach der Reflexion der EUV-Strahlung an diesen optischen Elementen eine definierte ortsaufgelöste Intensitätsverteilung der reflektierten Strahlung zu erzielen. Je nach der Stärke der Absorption von EUV-Strahlung kann der Energieeintrag an den optischen Elementen lokal unterschiedlich sein. Während des Betriebs des Beleuchtungssystems kann weiterhin auch IR-Strahlung von anderen optischen Elementen oder von mechanischen Komponenten auf das betrachtete optische Element auftreffen und dort ganz oder teilweise absorbiert werden. Die IR-Strahlung kann beispielsweise auch von einer erwärmten Komponente – wie z. B. einer sogenannten Sigma-Blende – herrühren, die zuvor EUV-Strahlung absorbiert hat. Insgesamt kann somit eine lokal unterschiedliche Wärmeverteilung an der optisch aktiven Fläche der optischen Elemente vorliegen. Insbesondere können selbst bei einem homogen oder einem symmetrischen Energieeintrag auch unsymmetrische lokale Wärmeverteilungen auftreten, wenn sich z. B. die Absorptionseigenschaften für elektromagnetische Strahlung am Bauteil ortsaufgelöst unterscheiden. Bei dem Betrieb der Beleuchtungssysteme können in dem ungekühlten Fall an den optischen Elementen zum Teil Temperaturen von 100°C bis zu 200°C und darüber auftreten. Die ortsaufgelöste Wärmeverteilung kann ungewünschte Deformationen der optischen Elemente zur Folge haben. Insbesondere beim Wechsel eines Beleuchtungs-Settings sowie bei einer über einen bestimmten Zeitraum konstanten thermalen Belastung kann es bei einer zeitlichen Betrachtung gegenüber dem thermisch unbelasteten Grundzustand bei Umgebungstemperatur oder einem anderen zuvor eingestellten stationären oder quasistationärem Zustand zu Deformationen der optischen Elemente kommen.
Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein optisches Element und eine Projektionsbelichtungsanlage anzugeben, bei welchen im Betrieb die genannten thermisch induzierten Deformationen verringert sind.
Diese Aufgabe wird durch das optische Element und die Projektionsbelichtungsanlage mit den in den unabhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmalen gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Varianten und Ausführungsformen der Erfindung.
Zum Kühlen der optischen Elemente, die eine optisch aktive Fläche aufweisen, wird mindestens eine Kühlkomponente verwendet, die mit mindestens zwei separaten Kühlkreisläufen verbunden ist. Diese Kühlkomponente ist also in der Weise ausgebildet, dass die optisch aktive Fläche in mindestens einem Teilbereich stärker gekühlt werden kann als in einem weiteren Teilbereich. Die Kühlung wirkt somit dem lokal unterschiedlichen strahlungsinduzierten Energieeintrag entgegen, so dass sich Deformationen an der optisch aktiven Fläche möglichst nicht ausbilden oder sonst zumindest reduziert werden. Der Vorteil, der mit der Kühlung erzielt wird, ist die Vermeidung von störenden Auswirkungen auf den weiteren Verlauf der elektromagnetischen Strahlung nach dem Auftreffen auf das betrachtete optische Element. Die thermale Belastung und insbesondere die Wärmeverteilung in den Bauteilen kann sich auch über der Zeit ändern, z. B. wenn ein Wechsel des Beleuchtungs-Settings vorgenommen wird. Die hier eingesetzte Kühlung ist kann neben der lokalen Adaption nun auch zeitlich adaptiv ausgeführt sein.
Zur Analyse der lokalen Wärmeverteilungen und der lokalen Deformationen der optischen Elemente kann auch eine FEM-Analyse eingesetzt werden. Die Ergebnisse der FEM-Berechnungen können insbesondere zur Auslegung der Kühlsysteme und auch der Regelung sowie der Steuerung des Kühlsystems verwendet werden.
Die lokal und zeitlich adaptive Kühlung kann – z. B. je nach eingestelltem Beleuchtungs-Setting – an einem optischen Element lokal und zeitlich angepasst erfolgen. Des weiteren können auch die optischen Elemente eines Moduls unterschiedlich stark gekühlt werden. Drittens ist es auch möglich, an die optischen Elemente Kühlkörper anzubringen, wobei die Kühlkörper einzelne oder mehrere lokal angepasste Kühlzonen aufweisen.
Das optische Element kann beispielsweise auch ein Multilayer-Spiegel für die EUV-Lithographie sein. Der Multilayer-Spiegel kann dabei mit einem Kühlkörper versehen sein oder einen als Kühlkörper ausgebildeten Spiegelträger aufweisen. Der Kühlkörper, der hier die Kühlkomponente darstellt, kann in unterschiedliche Teilbereiche aufgeteilt sein und dort verschieden stark gekühlt werden. Neben der Option, das optische Element auf den separaten Kühlkörper aufzubringen, ist es auch möglich, den Spiegelträger selbst zur ortsaufgelösten Kühlung der optisch aktiven Fläche einzusetzen. In diesen Fällen ist der Spiegelträger als Kühlkomponente ausgeführt.
Der zur Kühlung des optischen Elements eingesetzte Kühlkörper kann einen oder mehrere Kühlkanäle aufweisen, welche in unterschiedlichen Kühlzonen angeordnet sind. Die Kühlung der optisch aktiven Fläche erfolgt, indem beispielsweise ein Kühlmedium durch die Kühlkanäle der unterschiedlichen Kühlzonen strömt. Die Kühlzonen mit den eingebrachten Kühlkanälen korrespondieren hier den Teilbereichen, die unterschiedlich stark gekühlt werden können.
Die unterschiedlichen Kühlzonen können auch in verschiedenen Ebenen bezüglich einer z-Richtung angeordnet sein. Die z-Richtung entspricht typischerweise der Normalenrichtung, die dem optischen Element auf der Seite der optisch aktiven Fläche als Ganzes zugeordnet werden kann.
Die Kühlkanäle können mit separaten Kühlkreisläufen verbunden sein. Dies bietet insbesondere Vorteile, falls die Kühlung in den unterschiedlichen Teilbereichen durch eine lokal angepasste Wahl der Parameter, welche die Kühlrate definieren, vorgenommen wird. Bei der Verwendung von separaten Kühlkreisläufen können diese Parameter, wie beispielsweise die Durchflussrate, somit unabhängig voneinander eingestellt und für jeden Kühlkreislauf separat zeitlich geändert werden.
Die Kühlkanäle können durch Gießverfahren, Pressverfahren, Erodieren, Ätzen oder spanende Fertigungsverfahren gebildet werden.
Die Kühlkanäle können weiterhin auch als mit dem Kühlkörper verbundene Kühlleitungen ausgebildet sein. Die Kühlleitungen sind somit separate Bauteile, die an den Kühlkörper angebracht werden.
Die Kühlleitungen können beispielsweise, durch Schweißen, Bonden oder Löten mit dem Kühlkörper verbunden werden.
Die Kühlkanäle können mäanderförmig ausgebildet sein und für unterschiedliche Kühlzonen auch unterschiedliche Geometrien aufweisen. Sind bei einem optischen Element mehrere Kühlzonen vorhanden, unterscheiden sich die Kühlzonen bezüglich der Häufigkeit der Kühlkanäle, wenn die Summe der Kühlkanaloberflächen in einer gedachten Volumeneinheit im Vergleich zu einer weiteren Kühlzone verschieden ist. Eine unterschiedliche Häufigkeit liegt beispielsweise auch vor, wenn sich ein Geometrieabschnitt des Kühlkanals innerhalb einer Kühlzone beispielsweise mehrfach periodisch wiederholt, wobei die Anzahl der Wiederholungen größer ist als in einer anderen Kühlzone.
Das optische Element kann auch dadurch mittels eines Kühlkörpers gekühlt werden, dass dieser mit dem optischen Element über Verbindungselemente in thermischem Kontakt steht und eine stärkere Kühlung in einem Teilbereich dadurch erreicht wird, dass die Kontaktfläche zwischen Verbindungselement und optischem Element größer ist als in dem weiteren Teilbereich. Die Ausbildung von Verbindungselementen, die der gewünschten lokalen Kühlrate angepasst sind, stellt somit eine weitere Alternative zur Kühlung des optischen Elements in verschiedenen Teilbereichen dar. In diesem Fall kann durch einen Tausch der Verbindungselemente die Gesamtkonfiguration des Systems auf einfache Weise an neue Gegebenheiten angepasst werden.
Die optischen Elemente können auf der optisch aktiven Fläche mit einer EUV-Absorberschicht versehen sein, die in verschiedenen Bereichen der optisch aktiven Fläche verschiedene Dicken aufweist. Durch die Aufbringung der EUV-Absorberschicht kann insbesondere eine ortsangepasste Intensitätsmodulation der elektromagnetischen Strahlung, die auf das optische Element trifft, erzielt werden. An den Teilbereichen hoher Dicke der Absorberschicht muss aufgrund des dort größeren Energieeintrags im Vergleich zu den Teilbereichen mit geringeren Dicke der EUV-Absorberschicht unterschiedlich stark gekühlt werden.
Das optische Element kann auch ein Facettenspiegel mit einer Mehrzahl von Einzel-Spiegelfacetten sein. In mindestens einer Einzel-Spiegelfacette kann dabei ein Mikrokühler mit Kühlkanälen integriert sein. Die gewünschte ortsaufgelöste Kühlung wird dabei dadurch erreicht, dass einzelne oder Gruppen von Einzel-Spiegelfacetten unterschiedlich stark gekühlt werden.
Der Mikrokühler kann unterhalb einer spiegelnden Oberfläche der Einzel-Spiegelfacette integriert sein und hat in der Regel die Funktion, dem thermischen Energieeintrag möglichst am Ort der Entstehung entgegenzuwirken.
Der Spiegelträger einer Einzel-Spiegelfacette, also derjenige Teil der Einzel-Spiegelfacette, der die spiegelnde Oberfläche trägt, kann die Zu- und Ableitungen für Kühlmittel enthalten.
Die Zuleitung kann beispielsweise im Bereich des Zentrums der Einzel-Spiegelfacette münden und die Ableitung kann mit einem zirkular ausgeführten Randkanal verbunden sein.
Es ist möglich, die Kühlkanäle durch Ätzen oder Mikrofräsen herzustellen.
Auch der Spiegeltragkörper des Facettenspiegels, also derjenige Körper, in welchen die Einzel-Spiegelfacetten integriert sind, kann mit weiteren Kühlkomponenten verbunden sein.
Die Kühlkomponenten des Spiegeltragkörpers können in diesem Fall ebenfalls in der Weise ausgestaltet sein, dass der Spiegeltragkörper in mindestens einem Teilbereich stärker gekühlt werden kann als in einem weiteren Teilbereich. Durch diese Maßnahme lässt sich die ortsaufgelöste Kühlung weiter verbessern.
Zusätzlich können in den optischen Elementen auch Temperatursensoren integriert sein, wodurch sich beispielsweise eine Steuerung/Regelung der Temperaturverteilung über das optische Element hinweg erreichen lässt.
Bei einem geplanten thermalen Belastungswechsel in Zusammenhang mit einem Wechsel des Beleuchtungs-Settings können die dabei zu erwarteten auftretenden Deformationen auch durch einen Kühlvorlauf unterbunden werden. Dies erfolgt z. B. durch eine geeignete zeitliche Parameterwahl für die Steuerung und Regelung des relativ trägen Kühlkreislaufs.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Kühlkörper mit einer ersten Kühlzone für eine annulare thermische Belastung,
2 diesen Kühlkörper mit einer zweiten Kühlzone für eine dipolförmige thermische Belastung,
3a eine optische Einzel-Spiegelfacette, in die ein Mikrokühler integriert ist,
3b einen Spiegeltragkörper eines Facettenspiegels mit drei Kühlzonen und sechs implementierten Einzel-Spiegelfacetten,
4 einen optischen Multilayer-Spiegel mit einem lokal unterschiedlichen EUV-Absorptionsvermögen und mit drei Kühlzonen, wobei die Parameter der einzelnen Teil-Kühlkreisläufe angepasst werden können,
5 einen optischen Multilayer-Spiegel mit einem lokal unterschiedlichen EUV-Absorptionsvermögen und mit drei Kühlzonen, wobei die Kontaktflächen zu dem optischen Multilayer-Spiegel lokal unterschiedlich ausgeprägt sind,
6 einen optischen Multilayer-Spiegel mit einem lokal unterschiedlichen EUV-Absorptionsvermögen und mit drei Kühlzonen, wobei die Geometrien der Kühlkanäle lokal unterschiedlich ausgeprägt sind.
Zur ortsaufgelösten Kühlung dieser Wärmeverteilungen an den optischen Elementen wird hier ein Kühlkörper 1, 23 (1, 2 und 5) eingesetzt. Der gezeigte Kühlkörper 1 kann beispielsweise an einem Facettenspiegel oder an einem Umlenkspiegel angebracht bzw. als Spiegelträger eines EUV-Umlenkspiegels (4 und 6) ausgebildet sein. Die Möglichkeit der Integration eines Mikrokühlers 10 in eine Einzel-Spiegelfacette 8 ist in 3a gezeigt.
1 und 2 zeigen den Kühlkörper 1 mit in den beiden Kühlzonen 2 und 3 eingebrachten Kühlkanälen 4, wobei die erste Kühlzone 2 für eine annulare thermische Belastung und die zweite Kühlzone 3 für eine dipolförmige thermische Belastung ausgelegt sind. Nicht dargestellt in 1 ist die optisch aktive Fläche des optischen Elementes; sie befindet sich im gezeigten Beispiel in dem durch die Pfeil 7 angedeuteten Bereich. Die Kühlzone 3 befindet sich entlang der eingezeichneten z-Richtung in einer im Vergleich zur Kühlzone 2 tiefer liegenden Ebene. In dem Kühlkörper 1 können zusätzlich auch noch Kühlkanäle implementiert sein, wie sie gemäß dem Stand der Technik zur homogen Kühlung eingesetzt werden und die nicht einer lokal angepassten Kühlung dienen. Die 1 zeigt einen Kühlkörper 1, bei dem lediglich die Kühlkanäle 4 eingezeichnet sind, die für die lokal angepasste Kühlung vorgesehen sind. Vorteilhafte Materialien des Kühlkörpers 1 können beispielsweise Stahl, Aluminium, Keramik und Kupfer sein. Die hier gezeigten Kühlkanäle 4 sind im Wesentlichen mäanderförmig ausgeführt, können aber beispielsweise auch gerade oder kreisförmige Abschnitte aufweisen. Zur Herstellung der Kühlkanäle 4 können ebenso spanende Fertigungsverfahren wie auch Erodier- und/oder Ätzmethoden sowie auch Gieß- und Pressverfahren verwendet werden. Eine weitere hier nicht gezeigte Möglichkeit besteht aus der Verbindung von Kühlleitungen, die dann den Kühlkanälen 4 entsprechen, mit dem Kühlkörper 1, bspw. im Bereich einer optisch nicht aktiven Fläche des zugehörigen optischen Elementes. Die Verbindung der hier nicht dargestellten Kühlleitungen mit dem Kühlkörper 1 kann z. B. durch Schweißen, Löten, Bonden oder auch durch andere Verbindungstechniken erfolgen. Es sind Ausführungen, bei denen die Kühlung durch in den Kühlkörper 1 ausschließlich implementierte Kühlleitungen, durch in den Kühlkörper 1 ausschließlich implementierte Kühlkanäle 4 oder durch eine Kombination aus implementierten Kühlleitungen und Kühlkanälen 4 vorgenommen wird, möglich. Die in 1 und 2 dargestellten Kühlkanäle 4 bzw. auch die nicht dargestellten Kühlleitungen sind jeweils über einen Einlass 5 und einen Auslass 6 mit einem in der Zeichnung nicht eingezeichneten Kühlkreislauf verbunden, so dass ein Kühlmedium vom Einlass 5 zum Auslass 6 durch die Kühlkanäle 4 strömen kann. Das Kühlmedium kann beispielsweise Wasser, Glykol oder Flüssigmetall sein. Die Rohrdurchmesser können im Bereich von etwa 5 mm bis 9 mm liegen und der Volumenstrom des Kühlmediums kann beispielsweise 3 Liter pro Minute betragen. Die Druckverluste sollen je Kühlkreislauf einen Wert von etwa 1 bar nicht übersteigen.
Beispielhaft ist in 1 der Kühlkörper 1 mit einer annularen thermischen Belastung beaufschlagt, die in der 1 mit den geschwungenen Pfeilen 7 angedeutet ist. Zur Kühlung kann hier insbesondere die erste Kühlzone 2 verwendet werden, wobei ein Kühlmedium durch die Kühlkanäle 4 dieser Kühlzone 2 strömt. Zur Kühlung von Wärmeverteilungen, die durch ein anderes annulares Beleuchtungs-Setting mit mehreren ringförmigen ausgeleuchteten Bereichen verursacht werden, können auch weitere Kühlzonen in den Kühlkörper 1 eingebracht sein, die dann zusätzlich zur ringförmigen Kühlzone 2 entlang eines Rings mit einem kleineren oder einem größeren Durchmesser verlaufen. Im Kühlkörper 1 der 1 ist lediglich exemplarisch eine ringförmige Kühlzone 2 vorgesehen.
Die Schnittdarstellung I-I in 1 zeigt in einer Draufsicht den mäanderförmigen Verlauf des Kühlkanals 4 in der ringförmigen Kühlzone 2.
Hilfreich kann es sein, den Kühlkörper 1 gleichzeitig mit unterschiedlich gestalteten Kühlzonen auszulegen. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn sich die thermische Belastung des optischen Elements über der Zeit ändert.
2 zeigt als Schnitt II-II den in 1 dargestellten Kühlkörper 1 in einer entlang der eingezeichneten z-Richtung tiefer liegenden Ebene mit der zweiten Kühlzone 3. Diese Kühlzone 3 besteht aus den Teilkühlzonen 3.1 und 3.2, die zusammen eine dipolförmige Anordnung bilden. Bei einer dipolförmigen thermischen Belastung kann die Kühlzone 3 eingesetzt werden, um die unsymmetrische Wärmeverteilung im Kühlkörper ortsangepasst zu kompensieren. Die Kühlzone 3 weist ebenfalls einen Einlass 5 und einen Auslass 6 auf, in die das Kühlmedium ein- bzw. ausströmen kann. Die Kühlkanäle 4 dieser Kühlzone 3 sind mit dem in der Zeichnung nicht dargestellten Kühlkreislauf verbunden.
Zur Kühlung der lokal unterschiedlichen Wärmeverteilung besteht neben dem separaten Einsatz der unterschiedlichen Kühlzonen 2 und 3 insbesondere auch die Möglichkeit der kombinierten Nutzung der Kühlkanäle 4 in den genannten Kühlzonen 2 und 3, um auch auf andere Beleuchtungs-Settings reagieren zu können. Die einzelnen Kühlzonen 2 und 3 sowie auch die einzelnen Kühlkanäle 4 sind für ein schnelles Umschalten ausgelegt. D. h. bei dieser Ausführung können die einzelnen Kühlkanälen 4 und gegebenenfalls die Kühlleitungen der Kühlzonen 2 und 3 in kurzer Zeit vom Kühlkreislauf getrennt bzw. an diesen angeschlossen werden. Das durch den Kühlkörper 1 und durch den Kühlkreislauf aufgebaute Kühlsystem ist in der Regel zeitlich träge. Bei der Durchführung eines geplanten Beleuchtungs-Setting-Wechsels wird deshalb während eines zeitlich begrenzten Kühlvorlaufs zur ersten Kühlzone 2 in diesem Fall die zweite Kühlzone 3 hinzugeschaltet.
Zur Bestimmung der Temperatur in den einzelnen Kühlzonen 2 und 3 können dort zusätzlich auch noch Temperatursensoren implementiert werden, welche auch von der Steuerung und Regelung des Kühlsystems genutzt werden können.
Die Strömung in den Kühlkanälen 4 kann entweder laminar oder turbulent sein oder auch Zwischenzustände einnehmen. Eine turbulente Strömung hat gegenüber einer laminaren Strömung dabei den Vorteil einer effizienteren Kühlung. Es muss jedoch beachtet werden, dass durch die Strömung des Kühlmediums keine mechanischen Schwingungen induziert werden, die bei dem optischen Belichtungsprozess unerwünscht sind. Zur homogenen Kühlung eines flächigen Bereichs des Kühlkörpers 1 können insbesondere auch Kühlkanäle 4 implementiert werden, die nach dem Gegenstromprinzip arbeiten.
Die Wärmeverteilung an den einzelnen optischen Elementen ist in der Regel auch von deren Material und deren Bauteilgeometrie abhängig. Zur Bestimmung der ortsaufgelösten Wärmeverteilung sowie der auftretenden lokalen Deformationen und zur Auslegung des Kühlkörpers 1 mit den Kühlkanälen 4 sowie zur Auslegung der Steuerung und Regelung sind die Nutzung von Erfahrungswerten, experimentelle Messungen und auch FEM-Berechnungen vorteilhaft.
3a zeigt eine Variante der Erfindung, bei welcher das erfindungsgemäße Prinzip für ein Einzel-Spiegelfacette eines Facettenspiegels Anwendung findet. Derartige Facettenspiegel, die beispielsweise in einem EUV-Beleuchtungssystem enthalten sein können, können aus 500 bis 600 Einzel-Spiegelfacetten 8 bestehen und sind in der Regel in den Bohrungen eines in der Figur nicht dargestellten Spiegeltragkörpers implementiert. Die einfallende EUV-Strahlung erwärmt während des Betriebs der zugehörigen Projektonsbelichtungsanlage die Einzel-Spiegelfacette 8 und den Spiegeltragkörper, wobei sich insbesondere auch Deformationen an den optisch aktiven Flächen 9 der Einzel-Spiegelfacetten 8 für den optischen Beleuchtungsprozess als ungünstig erweisen. Des Weiteren kann sich aufgrund der thermischen Belastung auch das gesamte Modul, bestehend aus Spiegeltragkörper und vielen Einzel-Spiegelfacetten, verformen.
In 3a ist eine Einzel-Spiegelfacette 8 dargestellt, in den direkt unterhalb der optisch aktiven Fläche 9 ein Mikrokühler 10 mit Kühlkanälen 4' integriert ist. Die Kühlung erfolgt somit im Wesentlichen in nächster Nähe des durch die EUV-Strahlung induzierten Energieeintrags und wirkt somit den Deformationen an der optisch aktiven Fläche 9 entgegen. Der Mikrokühler 10 in der gezeigten Einzel-Spiegelfacette 8 ist ringförmig ausgebildet und besitzt mäanderförmige Kühlkanäle 4'. Ein Spiegelträger 11 der Einzel-Spiegelfacette 8 enthält die Zuleitung 12 und die Ableitungen 13, welche z. B. durch Ätzen hergestellt werden können. Der Spiegelträger 11 ist hier derart ausgeführt, dass das Kühlmedium durch einen zentralen Mittelkanal, der als Zuleitung 12 dient, zum Zentrum des Spiegels strömt. Von dort wird das Kühlmedium radial in die Mikrokanäle der Einzel-Spiegelfacette und dann über einen zirkular ausgeführten Randkanal den Ableitungen 13 des Spiegelträgers 11 zugeführt. Über einen Einlass 5 kann somit Kühlmedium durch die Zuleitung 12 zu den Kühlkanälen 4 strömen. Über die Ableitungen 13, die ebenfalls in den Spiegelträger 11 integriert sind, gelangt das Kühlmedium von den Kühlkanälen 4 zu den beiden Auslässen 6. Der Einlass 5 und die beiden Auslässe 6 sind an einen hier nicht näher dargestellten Kühlkreislauf angeschlossen. Die Kühlkanäle 4 können z. B. durch Ätzen mit Flusssäure und unter Verwendung einer Photomaske hergestellt werden. Die Nutzung der Photomaske zur Aufbringung der einzuätzenden Struktur stellt dabei aber keinen notwendigen Schritt dar. Weitere Möglichkeiten der Struktureinbringung sind das Mikrofräsen und das Prägen in eine zuvor auf die Rückseite des Spiegels aufgebrachte Schicht, die beispielsweise aus Nickel sein kann. Die bevorzugten Methoden zur Struktureinbringung sind jedoch das Ätzen und das Mikrofräsen, da somit der Wärmeübergang durch ein homogenes Material ohne zusätzliche andere Schichten erfolgen kann. Die Verbindung der Spiegelrückseite 14 mit dem Spiegelträger 11 kann bevorzugt mittels dem Diffusionsschweißen oder dem Laserbonden durchgeführt werden.
Bei dem in 3b gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt Eeine Grundkühlung des Facettenspiegels kann auch über den Spiegeltragkörper 1' erfolgen, wobei dieser dann als Kühlkörper z. B. mit einzelnen drei Kühlzonen 16, 17 und 18 zur ortsaufgelösten Kühlung ausgeführt sein kann. Beispielsweise enthält der Spiegeltragkörper 1' hier verschiedene Kühlkanäle 4'', in denen ein Kühlmittel strömt. Zum einen kann damit der Verformung des gesamten Moduls entgegen gewirkt werden. Die Vermeidung und Reduktion der Deformationen an dern optisch aktiven Flächen 9 der Einzel-Spiegelfacetten 8 erfolgt hingegen im wesentlichen mit demn integrierten Mikrokühlern 10.
Die 4, 5 und 6 zeigen jeweils einen Multilayer-Spiegel 15 für die EUV-Lithographie mit unterschiedlichen Möglichkeiten der ortsaufgelösten Kühlung in den drei Kühlzonen 16, 17 und 18. Die sich im Vakuum befindenden Multilayer-Spiegel 15 bestehen aus einem Substrat 19, einer MoSi-Schicht 20 zur Reflexion von EUV-Strahlung und einer EUV-Absorberschicht 21 mit einer lokal unterschiedlichen Dicke. Die EUV-Absorberschicht 21 kann beispielsweise aus Ruthenium, Molybdän oder Silizium sein und weist in den hier gezeigten Fällen z. B. einen linearen Dickegradienten auf, so dass im Betrieb die EUV-Strahlung an der EUV-Absorberschicht 21 lokal unterschiedlich stark absorbiert wird. Die reflektierte Strahlung weist gegenüber der einfallenden Strahlung unter anderem eine Intensitätsmodulation auf, die aus der Absorption an dem Multilayer-Spiegel 15 mit EUV-Absorberschicht 21 resultiert. Der thermische Eintrag durch die EUV-Strahlung ist somit lokal unterschiedlich, so dass im Multilayer-Spiegel 15 Temperaturgradienten entstehen können, die gegebenenfalls auch zu einer Verspannung und Verformung des Multilayer-Spiegels 15 führen. Insbesondere durch Deformationen an der optisch aktiven Fläche 9 der Multilayer-Spiegel 15 kann es somit zu Abbildungsfehlern und Wellenfrontfehlern kommen.
In 4 ist ein Multilayer-Spiegel 15 mit einer lokal unterschiedlich dicken EUV-Absorberschicht 21 dargestellt, wobei die ortsaufgelöste Kühlung über eine geeignete Parameterwahl des Kühlkreislaufs erfolgt. Der Kühlkreislauf ist zu diesem Zweck in drei Teil-Kühlkreisläufe eingeteilt, an die je ein separater Kühlkanal 4'' angeschlossen ist. Somit ergeben sich in diesem Beispiel die drei Kühlzonen 16, 17 und 18. Im Betrieb ist es insbesondere möglich, das Kühlmedium, die Anfangstemperatur, die Durchflussrate und die Art des ausgeprägten Strömungszustands für jede Kühlzone einzustellen und über der Zeit zu variieren. Der Strömungszustand kann laminar oder turbulent sein oder auch einen Zwischenzustand einnehmen. Beispielsweise kann über einstellbare Ventile der Strömungszustand beeinflusst werden. Im Betrieb können insbesondere auch folgende zwei Sonderzustände gefahren werden, wobei im ersten Fall eine konstante Eingangstemperatur gehalten wird und die Durchflussraten individuell an die durch die absorbierte EUV-Strahlung erzeugte Energierate angepasst sind. Beim zweiten Sonderzustand ist eine konstante Durchflussgeschwindigkeit vorgesehen, wobei jedoch die Eingangstemperatur des Kühlmediums lokal unterschiedlich angepasst werden kann. Insgesamt muss die Kühlrate in den Kühlzonen dem ortsaufgelöstem Energieeintrag – induziert durch die EUV-Strahlung – entgegenwirken. In dem in 4 gezeigten Beispiel erfüllt das Substrat 19 gleichzeitig die Funktion eines Kühlkörpers.
Die 5 zeigt einen Multilayer-Spiegel 15 mit einer lokal unterschiedlichen EUV-Absorberschicht 21 und den drei Kühlzonen 16, 17 und 18. An das Substrat 19 sind drei Verbindungselemente 22 angebracht, die jeweils mit einer unterschiedlich großen Kontaktfläche versehen sind. Die Kontaktflächen berühren das Substrat 19 des Multilayer-Spiegels 15. Das Substrat 19 ist in diesem Beispiel nicht mit Kühlkanälen 4 versehen; vielmehr ist ein separater Kühlkörper 23 vorhanden, in welchem der Kühlkanal 4''' verläuft. Die thermischen Durchgangskoeffizienten sind in den drei Kühlzonen 16, 17 und 18 beispielsweise über die Größe der Kontaktfläche zwischen Substrat 19 und Kühlkörper 23 individuell eingestellt, um dem ortsaufgelösten Energieeintrag durch die EUV-Strahlung entgegenwirken zu können.
Die 6 stellt einen Multilayer-Spiegel 15 mit einer lokal unterschiedlichen EUV-Absorberschicht 21 dar, wobei die Kühlkanäle 4 in den hier dargstellten drei Kühlzonen 16, 17 und 18 eine unterschiedliche Geometrie aufweisen. Die Kühlkanäle 4 sind hier mäanderförmig ausgeführt und weisen über dem Gradient der EUV-Absorberschicht 21 eine unterschiedliche Häufigkeit auf.
Alternativ zu der Darstellung in den 5 und 6 können die auch anstatt eines gemeinsamen Kühlkreislaufes für die Kühlzonen jeweils oder auch teilweise separate Kühlkreisläufe verwendet werden.

Claims

Optisches Element für eine Projektionsbelichtungsanlage der Halbleiterlithographie mit einer optisch aktiven Fläche (9) und mindestens einer Kühlkomponente zum Kühlen des optischen Elements, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkomponente mit mindestens zwei separaten Kühlkreisläufen verbunden und in der Weise ausgebildet ist, dass die optisch aktive Fläche (9) in mindestens einem Teilbereich stärker gekühlt werden kann als in einem weiteren Teilbereich.
Optisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem optischen Element um einen Multilayer-Spiegel für die EUV-Lithographie handelt, wobei der Multilayer-Spiegel einen mit einem Kühlkörper (1, 23) versehenen oder als Kühlkörper (1, 19) ausgebildeten Spiegelträger (11, 19) aufweist.
Optisches Element nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (1) Kühlkanäle (4) aufweist, welche in unterschiedlichen Kühlzonen (2, 3, 16, 17, 18) zur Kühlung einzelner Teilbereiche angeordnet sind.
Optisches Element nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedlichen Kühlzonen (2, 3) in verschiedenen Ebenen bezüglich einer z-Richtung angeordnet sind.
Optisches Element nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanäle (4) mit separaten Kühlkreisläufen verbunden sind.
Optisches Element nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanäle (4) durch Gießverfahren, Pressverfahren, Erodieren, Ätzen oder spanende Fertigungsverfahren gebildet sind.
Optisches Element nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanäle als mit dem Kühlkörper verbundene Kühlleitungen ausgebildet sind.
Optisches Element nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlleitungen durch Schweißen, Bonden oder Löten mit dem Kühlkörper verbunden sind.
Optisches Element nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanäle (4) mäanderförmig ausgebildet sind und für unterschiedliche Kühlzonen (2, 3, 16, 17, 18) unterschiedliche Geometrien aufweisen.
Optisches Element nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (23) mit dem optischen Element über Verbindungselemente (22) in thermischem Kontakt steht und die stärkere Kühlung in einem Teilbereich dadurch erreicht wird, dass die Kontaktfläche zwischen Verbindungselement (22) und optischem Element größer ist als in dem weiteren Teilbereich.
Optisches Element nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der optisch aktiven Fläche (9) eine EUV-Absorberschicht (21) angeordnet ist, die in verschiedenen Bereichen der optisch aktiven Fläche (9) verschiedene Dicken aufweist.
Optisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem optischen Element um einen Facettenspiegel mit einer Mehrzahl von Einzel-Spiegelfacetten (8) handelt und dass in mindestens eine Einzel-Spiegelfacette (8) ein Mikrokühler (10) mit Kühlkanälen (4') integriert ist.
Optisches Element nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrokühler (10) unterhalb einer spiegelnden Oberfläche der Einzel-Spiegelfacette (8) integriert ist.
Optisches Element nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spiegelträger (11) der Einzel-Spiegelfacette (8) Zu- (12) und Ableitungen (13) für Kühlmittel enthält.
Optisches Element nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zuleitung (12) im Bereich des Zentrums der Einzel-Spiegelfacette (8) mündet und eine Ableitung (13) mit einem zirkular ausgeführten Randkanal verbunden ist.
Optisches Element nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanäle (4') durch Ätzen oder Mikrofräsen hergestellt sind.
Optisches Element nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spiegeltragkörper (1') des Facettenspiegels mit weiteren Kühlkomponenten verbunden ist.
Optisches Element nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkomponenten des Spiegeltragkörpers (1') in der Weise ausgestaltet sind, dass der Spiegeltragkörper (1') in mindestens einem Teilbereich stärker gekühlt werden kann als in einem weiteren Teilbereich.
Optisches Element nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Temperatursensoren vorhanden sind.
Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie, insbesondere für die EUV-Lithographie, mit einem optischen Element nach einem der Ansprüche 1–19.