DE102011081259A1

DE102011081259A1 - Anordnung zur Spiegeltemperaturmessung und/oder zur thermischen Aktuierung eines Spiegels in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage

Info

Publication number: DE102011081259A1
Application number: DE102011081259A
Authority: DE
Inventors: Markus Hauf
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2010-09-28
Filing date: 2011-08-19
Publication date: 2012-03-29
Also published as: JP2013545272A; JP5902694B2; US9207541B2; US20130176544A1; WO2012041744A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Spiegeltemperaturmessung und/oder thermischen Aktuierung eines Spiegels in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, wobei der Spiegel (101, 301, 401, 701, 801) eine optische Wirkfläche (101a, 301a, 401a, 701a, 801a) sowie wenigstens einen sich von einer nicht der optischen Wirkfläche entsprechenden Oberfläche des Spiegels aus in Richtung dieser Wirkfläche erstreckenden Zugangskanal (110, 310, 410, 710, 711, 712, 810, 811, 812) aufweist, und wobei die Anordnung zur Spiegeltemperaturmessung und/oder thermischen Aktuierung des Spiegels (101, 301, 401, 701, 801) mittels elektromagnetischer Strahlung ausgelegt ist, welche sich entlang des Zugangskanals (110, 310, 410, 710, 711, 712, 810, 811, 812) ausbreitet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Spiegeltemperaturmessung und/oder zur thermischen Aktuierung eines Spiegels in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.
Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise oder LCD's, angewendet. Der Mikrolithographieprozess wird in einer sogenannten Projektionsbelichtungsanlage durchgeführt, welche eine Beleuchtungseinrichtung und ein Projektionsobjektiv aufweist. Das Bild einer mittels der Beleuchtungseinrichtung beleuchteten Maske (= Retikel) wird hierbei mittels des Projektionsobjektivs auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes und in der Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnetes Substrat (z. B. ein Siliziumwafer) projiziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen.
In für den EUV-Bereich ausgelegten Projektionsobjektiven, d. h. bei Wellenlängen von z. B. etwa 13 nm oder etwa 7 nm, werden mangels Verfügbarkeit geeigneter lichtdurchlässiger refraktiver Materialien Spiegel als optische Komponenten für den Abbildungsprozess verwendet. Ein in der Praxis auftretendes Problem ist, dass die EUV-Spiegel insbesondere infolge Absorption der von der EUV-Lichtquelle emittierten Strahlung eine Erwärmung und eine damit einhergehende thermische Ausdehnung bzw. Deformation erfahren, welche wiederum eine Beeinträchtigung der Abbildungseigenschaften des optischen Systems zur Folge haben kann. Um diese Effekte abschätzen und gegebenenfalls kompensieren zu können, besteht ein Bedarf, das Ausmaß dieser Spiegelerwärmung möglichst genau zu bestimmen und gegebenenfalls im Sinne einer thermischen Aktuierung zu steuern. Hierbei kann in der Praxis das weitere Problem hinzutreten, dass aufgrund der Verwendung spezieller Beleuchtungssettings (wie z. B. Dipol- oder Quadrupolsettings) im Lithographieprozess und aufgrund der durch das Retikel verursachten Beugungsordnungen der durch die EUV-Strahlung bewirkte Wärmeeintrag über den optisch wirksamen Querschnitt pupillennaher Spiegel variieren kann, also ein inhomogener Wärmeeintrag in den Spiegel stattfindet. Des Weiteren können Feldvariationen im Retikel und/oder die teilweise Abmaskierung des Vollfeldes inhomogene Lichtintensitäten auf feldnahen Spiegeln zur Folge haben.
Ansätze zur Spiegeltemperaturmessung und/oder Aktuierung eines Spiegels oder zu dessen gezielter Deformierung sind z. B. aus WO 2010/018753 A1 , US 2004/0051984 A1 , WO 2008/034636 A2 , DE 10 2009 024 118 A1 und WO 2009/046955 A2 bekannt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung zur Spiegeltemperaturmessung und/oder zur thermischen Aktuierung eines Spiegels in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage bereitzustellen, welche ohne Beeinträchtigung des Lithographieprozesses im Betrieb eine rasche und zuverlässige Spiegeltemperaturmessung bzw. thermische Aktuierung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die Anordnung gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 sowie das Verfahren gemäß den Merkmalen des nebengeordneten Patentanspruchs 20 gelöst.
Bei einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Spiegeltemperaturmessung und/oder zur thermischen Aktuierung eines Spiegels in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage weist der Spiegel eine optische Wirkfläche sowie wenigstens einen sich von einer nicht der optischen Wirkfläche entsprechenden Oberfläche des Spiegels aus in Richtung dieser Wirkfläche erstreckenden Zugangskanal auf, wobei die Anordnung zur Spiegeltemperaturmessung und/oder thermischen Aktuierung des Spiegels mittels elektromagnetischer Strahlung ausgelegt ist, welche sich entlang des Zugangskanals ausbreitet.
Der Erfindung liegt somit das Konzept zugrunde, eine Spiegeltemperaturmessung und/oder thermische Aktuierung eines Spiegels in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage über einen Zugangskanal zu realisieren, welcher sich von einer anderen Oberfläche als der optischen Wirkfläche des Spiegels in das Spiegelsubstrat hinein erstreckt. Aufgrund dieses Zugangskanals kann die zur Spiegeltemperaturmessung und/oder thermischen Aktuierung dienende elektromagnetische Strahlung ohne Beeinträchtigung der optischen Wirkfläche des Spiegels, jedoch in unmittelbarer Nähe zu dieser optischen Wirkfläche „abgegriffen” (im Falle der Spiegeltemperaturmessung) bzw. (im Falle der thermischen Aktuierung) in das Spiegelsubstratmaterial eingeleitet werden.
Die Erfindung macht sich dabei insbesondere den Umstand zu Nutze, dass die innerhalb des Zugangskanals reflektierte elektromagnetische Strahlung bei hinreichend flachen Reflexionswinkeln, also in Situationen mit sogenanntem „streifenden Einfall” (= „grazing incidence”), nur zu einem sehr geringen bzw. vernachlässigbaren Anteil durch die Emissivität bzw. Absorption der die Reflexion innerhalb des Zugangskanals bewirkenden Oberfläche bzw. Wandung bestimmt wird. Vielmehr erfolgt bei einem solchen streifenden Einfall innerhalb des Zugangskanals im Wesentlichen ein (Vorwärts-)Transport der elektromagnetischen Strahlung entlang des Zugangskanals, so dass die jeweilige reflektierende Wandung des Zugangskanals selbst nur einen geringen bzw. vernachlässigbaren Strahlungsbeitrag besitzt.
Infolgedessen kann im Falle der Spiegeltemperaturmessung die elektromagnetische Strahlung vom Ort des Strahlungsabgriffs bzw. von einem Bereich in unmittelbarer Nähe der optischen Wirkfläche des Spiegels über den Zugangskanal zu einem außerhalb des Spiegelsubstrats befindlichen Sensor transportiert werden, um über eine außerhalb des Spiegelsubstrats erfolgende Messung und Auswertung Aufschluss über den Temperaturzustand der optischen Wirkfläche des Spiegels zu erlangen und gegebenenfalls eine wirksame Regelung der Spiegeltemperatur durchzuführen.
Umgekehrt kann im Falle der thermischen Aktuierung eine gezielte und kontrollierte Einkopplung elektromagnetischer Strahlung über den Zugangskanal in einen Bereich in unmittelbarer Nähe der optischen Wirkfläche erfolgen, wobei diese gezielte und kontrollierte Einleitung elektromagnetischer Strahlung insbesondere – wie im Weiteren noch näher erläutert – in regelungstechnisch vorteilhafter Weise mit einem permanenten Wärmeabtransport über eine geeignete Kühlung kombiniert werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Reflexionswinkel der elektromagnetischen Strahlung innerhalb des Zugangskanals nicht größer als 20°, vorzugsweise nicht größer als 15°, wodurch der vorstehend beschriebene „streifende Einfall” realisiert wird. Um sicherzustellen, dass sämtliche zur Spiegeltemperaturmessung bzw. thermischen Aktuierung beitragende elektromagnetische Strahlung die vorstehende Winkelbedingung erfüllt, kann eine geeignete winkeldiskriminierende Optik eingesetzt werden, um – etwa am Ort eines zur Spiegeltemperaturmessung eingesetzten Sensors – den Winkelbereich entsprechend zu begrenzen.
Gemäß einer Ausführungsform weist die betreffende elektromagnetische Strahlung eine Wellenlänge auf, für welche der Spiegel wenigstens bereichsweise lichtundurchlässig ist. Insbesondere besitzt die elektromagnetische Strahlung vorzugsweise eine Wellenlänge von wenigstens 2.5 μm, weiter insbesondere eine Wellenlänge von wenigstens 5 μm, wie sie etwa über einen sogenannten Niedertemperaturstrahler mit Temperaturen bis zu 400°C, insbesondere im Bereich bis zu 200°C, realisiert werden kann.
Dieser Wellenlängenbereich entspricht zugleich dem relevanten Wellenlängenbereich des Hauptstrahlungsanteils typischer, in der EUV-Lithographie zum Einsatz kommender Spiegelmaterialien, wie Glasmaterialien mit extrem niedrigem Ausdehnungskoeffizienten bzw. (nahezu) Nullausdehnung (= „Ultra Low” oder „Zero Expansion” Glas). Ein solches Spiegelsubstratmaterial ist z. B. die von der Firma SCHOTT Glas unter dem Markennamen Zerodur^® vertriebene Glaskeramik. Ein weiteres in Frage kommendes Material ist z. B. Siliziumcarbid.
In dem vorstehend genannten Wellenlängenbereich von wenigstens 5 μm ist zugleich gewährleistet, dass die Wellenlängen außerhalb des Transmissionsfensters der betreffenden Spiegelsubstratmaterialien (welches typischerweise Wellenlängen unterhalb von 4 μm umfasst) liegen. Demzufolge wird verhindert, dass elektromagnetische Strahlung von außen bzw. aus dem optischen System als Hintergrundstrahlung durch das Spiegelsubstratmaterial in den Zugangskanal gelangt und die Spiegeltemperaturmessung bzw. thermische Aktuierung beeinträchtigt. Des Weiteren wird mit dem Wellenlängenbereich oberhalb von 5 μm in vorteilhafter Weise gerade derjenige Bereich beschritten, in welchem ein – erfindungsgemäß besonders vorteilhaft einsetzbarer – Thermosäulensensor anspricht bzw. maximale Empfindlichkeit aufweist.
Diese Situation ist in 2 schematisch dargestellt, wobei das Transmissionsfenster des betreffenden „Zero Expansion Glass” mit „I” und das Empfindlichkeitsfenster eines Thermosäulensensors mit „II” bezeichnet ist, und wobei die im Diagramm eingezeichneten Kurven jeweils die spektrale Strahlungsdichte (in Watt/(m·m²·sr)) für Schwarzkörperstrahlung bei Temperaturen von 20°C bis 200°C (in Schritten von 20°C) angeben.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Zugangskanal von der optischen Wirkfläche durch einen verbleibenden Spiegelsubstratmaterialabschnitt getrennt, dessen Dicke im Bereich von 5–20 mm liegt. Auf diese Weise kann etwa im Falle der Spiegeltemperaturmessung eine für eine gute Regelungsperformance hinreichend geringe Responsezeit (entsprechend der Verzögerung zwischen Wärmeeintrag und entsprechender Reaktion des Sensors) realisiert werden. Andererseits kann (durch den nicht zu geringen, vorzugsweise 5 mm nicht unterschreitenden Abstand) ein gewünschter Mittelungseffekt hinsichtlich vorhandener örtlicher Variationen der Wärmelast an der optischen Wirkfläche erzielt werden, mit dem entsprechende unerwünschte Schwankungen herausgemittelt werden.
Gemäß einer Ausführungsform erstreckt sich der Zugangskanal von der der optischen Wirkfläche entgegengesetzten Oberfläche des Spiegels aus in Richtung der optischen Wirkfläche. Die Erfindung ist jedoch hierauf nicht beschränkt, so dass sich in weiteren Ausführungsformen der Zugangskanal auch von einer anderen, nicht der optischen Wirkfläche entsprechenden Oberfläche des Spiegels aus in den Spiegel hin erstrecken kann (etwa wenn dies aufgrund der Spiegelposition im optischen System aus Bauraumgründen geboten ist).
Die Erfindung ist gleichermaßen in der Beleuchtungseinrichtung oder im Projektionsobjektiv einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage einsetzbar, insbesondere in einer für EUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Anordnung ferner eine Regelungseinrichtung auf, über welche der Spiegel in Abhängigkeit von der Spiegeltemperaturmessung auf eine konstante oder zeitlich variable Vorgabetemperatur aufheizbar ist.
Diese Temperatur kann insbesondere im Bereich von 22°C bis 45°C, weiter insbesondere im Bereich von 25°C bis 40°C liegen. Des Weiteren kann diese Temperatur der sogenannten Nulldurchgangstemperatur (= „Zero-Crossing-Temperatur”) entsprechen, bei welcher keine oder nur eine vernachlässigbare thermische Ausdehnung des Spiegelsubstratmaterials erfolgt, so dass im Lithographieprozess sich ergebende, gegebenenfalls inhomogene Wärmeeinträge in das Spiegelsubstratmaterial nicht zu Deformationen bzw. optischen Aberrationen führen oder die Abberationen sich noch mit vorhandenen Korrekturmitteln korrigieren lassen.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Anordnung eine Mehrzahl von Zugangskanälen der vorstehend beschriebenen Art auf, wodurch wie im Weiteren noch näher erläutert eine ortsaufgelöste Spiegeltemperaturmessung und/oder thermische Aktuierung erfolgen kann.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Anordnung ferner wenigstens einen (Infrarot-)Heizstrahler auf, welcher die innerhalb des Zugangskanals mehrfach reflektierte elektromagnetische Strahlung erzeugt.
Hierbei kann es sich um einen Niedertemperaturstrahler (mit einer Temperatur im Bereich bis zu 400°C) oder um einen Hochtemperaturstrahler (mit einer Temperatur oberhalb von 400°C) handeln. Des Weiteren können auch monochromatische Lichtquellen (z. B. in Form von Lasern oder LED's) als Heizstrahler zum Einsatz kommen.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Anordnung eine Mehrzahl solcher Heizstrahler auf, welche als Array angeordnet und selektiv ansteuerbar sind.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Anordnung ferner einen Kühler zur Abführung von Wärme an die Umgebung auf. Dieser Kühler kann sich insbesondere auf konstanter Temperatur befinden. Durch Kombination des durch einen solchen Kühler bewirkten konstanten Wärmeabflusses mit einem über die Anordnung aus Niedertemperaturstrahlern selektiv steuerbaren Wärmeeintrag kann eine in regelungstechnischer Hinsicht besonders effiziente Anordnung realisiert werden, welche insbesondere eine rasche Reaktion auf inhomogene Wärmeeinträge in dem Spiegel durch gezielte Variation der von den Niedertemperaturstrahlern ausgesandten Wärmestrahlung ermöglicht.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Spiegeltemperaturmessung und/oder zur thermischen Aktuierung eines Spiegels in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage. Zu bevorzugten Ausgestaltungen oder Vorteilen des Verfahrens wird auf die vorstehenden Ausführungen in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Anordnung Bezug genommen.
Gemäß einer Ausführungsform wird die elektromagnetische Strahlung über eine Anordnung selektiv angesteuerter Heizstrahler erzeugt. Auch hier kann es sich bei den Heizstrahlern um Niedertemperaturstrahler (mit einer Temperatur im Bereich bis zu 400°C) oder um Hochtemperaturstrahler (mit einer Temperatur oberhalb von 400°C) handeln. Des Weiteren können auch monochromatische Lichtquellen (z. B. in Form von Lasern oder LED's) als Heizstrahler zum Einsatz kommen.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Spiegeltemperaturmessung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2 ein Diagramm, in welchem die Wellenlängenabhängigkeit der spektralen Strahlungsdichte (in Watt/(m·m²·sr)) für unterschiedliche Temperaturen zusammen mit dem Transmissionsfenster eines typischen Spiegelsubstratmaterials sowie dem Sensitivitätsfenster eines typischen Thermosäulensensors dargestellt sind;
3–4 schematische Darstellungen und Anordnungen zur Spiegeltemperaturmessung gemäß weiteren Ausführungsformen der Erfindung;
5–6 schematische Darstellungen unterschiedlicher Konzepte zur thermischen Aktuierung eines Spiegels; und
7–8 schematische Darstellungen von Anordnungen zur thermischen Aktuierung eines Spiegels gemäß unterschiedlichen Ausführungsformen der Erfindung.
Im Weiteren wird zunächst unter Bezugnahme auf 1 eine erfindungsgemäße Anordnung zur Spiegeltemperaturmessung in einer ersten Ausführungsform erläutert.
1 zeigt schematisch einen Spiegel 101, dessen optische Wirkfläche mit 101a bezeichnet ist, wobei die Seitenfläche des Spiegelsubstrats mit 101b und die der optisch wirksamen Fläche 101a abgewandte Oberfläche bzw. Spiegelrückseite mit 101c bezeichnet sind. In das Spiegelsubstrat des Spiegels 101 hinein erstreckt sich ein z. B. als Bohrung ausgeführter Zugangskanal 110, dessen der optisch wirksamen Fläche 101a des Spiegels 101 zugewandte Stirnfläche mit 110a und dessen Seitenfläche bzw. Wandung mit 110b bezeichnet sind. Auf der optisch wirksamen Fläche 101a des Spiegels 101 befindet sich eine (in 1 nicht dargestellte) reflektierende Beschichtung.
1 stellt ebenso wie die weiteren Abbildungen eine schematische, nicht maßstabsgetreue Abbildung dar, wobei lediglich beispielhafte Abmessungen des Zugangskanals 110 (ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt wäre) einen Durchmesser der Bohrung im Bereich von 5–20 mm sowie einen mit „d” bezeichneten Abstand der Stirnfläche 110a von der optischen Wirkfläche 101a im Bereich von ebenfalls 5–20 mm umfassen können. Typische Dicken des Spiegels 101 selbst können (ebenfalls lediglich beispielhaft und ohne Einschränkung der Erfindung) z. B. im Bereich von etwa 50–120 mm liegen.
Die in 1 gezeigte Anordnung umfasst ferner ein Rohr 120, welches vom Bereich außerhalb des Spiegels 101 in den Zugangskanal 110 hineinragt. Der mit „a” bezeichnete Abstand des stirnseitigen Endabschnittes des Rohrs 120 von der Stirnfläche 110a des Zugangskanals 110 kann (ebenfalls ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt wäre) beispielsweise wenigstens 3 mm (im Falle eines aktuierten Spiegels) oder wenigstens 0.5 mm (im Falle eines nicht-aktuierten bzw. feststehenden Spiegels) betragen. Entsprechende beispielhafte Werte von wenigstens 3 mm im Falle eines aktuierten Spiegels oder wenigstens 0.5 mm im Falle eines nicht-aktuierten bzw. feststehenden Spiegels können für den Abstand der Wandung des Rohrs 120 von der Seitenwand 110b des Zugangskanals 110 angesetzt werden.
Die Anordnung 100 gemäß 1 umfasst ferner einen Sensor 130, welcher am außerhalb des Spiegels 101 befindlichen Endabschnitt des Rohrs 120 angeordnet und im Ausführungsbeispiel als Thermosäulensensor realisiert ist. Ein solcher Thermosäulensensor umfasst in bekannter Weise eine als zu bestrahlende, geschwärzte Fläche ausgestaltete Empfängermembran sowie eine Kette von Thermoelementen zur Verstärkung der durch Umwandlung der gemessenen Temperaturdifferenz erhaltenen elektrischen Spannung. Ein hierbei realisierter typischer Spannungshub kann z. B. bei 40 μV/K liegen und mittels eines Vorverstärkers 140 weiter verstärkt werden.
Wie in 1 anhand der gestrichelten Linien dargestellt, gelangt bei thermischer Belastung der optischen Wirkfläche 101a des Spiegels 101 die in unmittelbarer Nähe der optischen Wirkfläche 101a, nämlich an der Stirnfläche 110a des Zugangskanals 110 abgegriffene Wärmestrahlung durch mehrmalige, unter streifendem Einfall erfolgende Reflexion an der Wandung des Rohrs 120 zum Sensor 130, wo die durch die besagte thermische Belastung bewirkte Temperaturänderung ermittelt wird.
Um zu gewährleisten, dass nur solche elektromagnetische Strahlung zur Auswertung gelangt, welche an der Wandung des Rohrs 120 unter streifendem Einfall (= „grazing incidence”) reflektiert worden ist, kann der Sensor 130 in für sich bekannter Weise eine winkeldiskriminierende Optik aufweisen. Des Weiteren kann zur Gewährleistung, dass nur elektromagnetische Strahlung im vorstehend beschriebenen Wellenlängenbereich oberhalb von 5 μm zur Auswertung gelangt, ein geeigneter Filter eingesetzt werden, welcher z. B. Wellenlängen unterhalb von 5 μm (bei denen sich das Spiegelmaterial, wie z. B. die genannten Glasmaterialien mit thermischer Ausdehnung von nahezu Null, noch transparent verhält) vollständig blockiert.
Gemäß weiteren Ausführungsformen kann der in 1 gezeigte Aufbau nicht nur zur Überwachung der Spiegeltemperatur, sondern auch (unter Verwendung einer geeigneten Regelungseinrichtung) zur aktiven Regelung der Spiegeltemperatur eingesetzt werden. Hierbei kann insbesondere der Spiegel 101 von vorneherein auf einer Temperatur gehalten werden, bei der sich etwaige Temperaturgradienten an der Spiegeloberfläche (z. B. infolge inhomogener Wärmelasten, wie sie durch spezielle Beleuchtungssettings hervorgerufen werden können) nicht in Deformationen des Spiegelsubstratmaterials abbilden. Hierbei kann der Umstand ausgenutzt werden, dass der thermische Ausdehnungskoeffizient (in Einheiten von m/(m·K)) in seiner Temperaturabhängigkeit einen Nulldurchgang aufweist, in dessen Umgebung keine oder nur eine vernachlässigbare thermische Ausdehnung des Spiegelsubstratmaterials erfolgt. Diese Temperatur wird auch als Nulldurchgangstemperatur (= „Zero-Crossing-Temp.”) bezeichnet. Die Nulldurchgangstemperatur kann vom Materialhersteller nach den Erfordernissen der thermalen Auslegung eingestellt werden, wobei typische Werte zwischen 22°C und 40°C liegen. Auf diesen Aspekt wird im Weiteren im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen thermischen Aktuierung und unter Bezugnahme auf 5 ff. noch näher eingegangen.
Als weiteres Ausführungsbeispiel zur Spiegeltemperaturmessung zeigt 3 einen grundsätzlich zu 1 analogen Aufbau, wobei einander entsprechende bzw. im Wesentlichen funktionsgleiche Elemente im Vergleich zu 1 mit um „200” erhöhten Bezugsziffern bezeichnet sind. Die Anordnung von 3 unterscheidet sich von derjenigen aus 1 darin, dass der Sensor 330 nicht außerhalb des Spiegels 301, sondern in unmittelbarer Nähe der Stirnfläche 310a des Zugangskanals 310 platziert ist. Hierzu kann anstelle des Rohrs 120 aus 1 ein analoges, jedoch mit einem endseitigen Trag- bzw. Dachabschnitt 320a versehenes Bauteil 320 vorgesehen sein, auf welchem der Sensor 310 angebracht ist. Dieser Aufbau hat gegenüber demjenigen aus 1 den Vorteil, dass die Umwandlung der am Ort der Stirnfläche 310a des Zugangskanals 310 abgegriffenen elektromagnetischen Strahlung in elektrische Spannung bereits in unmittelbarer Nähe zu besagter Stirnfläche 310a erfolgt, so dass lediglich noch die elektrische Spannung durch den Zugangskanal 310 hindurch transportiert werden muss. Hierzu sind gemäß 3 entsprechende elektrische Leitungen 325 zum Vorverstärker 340 geführt.
4 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Spiegeltemperaturmessung, wobei im Vergleich zur Anordnung von 1 analoge bzw. im Wesentlichen funktionsgleiche Elemente mit um „300” erhöhten Bezugsziffern bezeichnet sind.
Die Anordnung 400 gemäß 4 unterscheidet sich von der Anordnung 100 aus 1 darin, dass unter Verzicht auf ein Rohr innerhalb des Zugangskanals 410 dessen Wandung 410b selbst durch Polieren oder dergleichen hinreichend reflektierend ausgestaltet ist, so dass das Spiegelsubstrat des Spiegels 401 aufgrund der reflektierenden Ausgestaltung besagter Wandung 410b selbst die in 1 durch das Rohr 120 wahrgenommene Funktion eines Lichtwellenleiters übernimmt. Hinsichtlich der geeigneten Abstände, Abmessungen und Reflexionswinkel wird auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen Bezug genommen. In der Anordnung von 4 wird analog zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ausgenutzt, dass hinsichtlich der am Sensor 430 eintreffenden elektromagnetischen Strahlung der von der Wandung 410b des Zugangskanals 410 ausgehende Emissionsanteil gegenüber dem entlang des Zugangskanals 410 „vorwärts” transportierten und vom Ort des Strahlungsabgriffs an der Stirnfläche 410a des Zugangskanals 410 transportierten Strahlungsanteils vernachlässigbar ist, so dass nicht etwa eine mittlere Temperatur über die gesamte Bohrung, sondern auch hier im Wesentlichen die Temperatur an der Stirnfläche 410a, also in unmittelbarer Nähe der optischen Wirkfläche des Spiegels 410, gemessen wird. Ein gegebenenfalls verbleibender Hintergrundanteil aufgrund einer Strahlungsemission von der Bohrungswand des Zugangskanals 410 kann hier wie in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen über geeignete Korrekturmodelle eliminiert werden.
Im Weiteren wird der erfindungsgemäße Aspekt der Aktuierung eines Spiegels in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage erläutert. Zunächst werden hierzu unter Bezugnahme auf 5 und 6 unterschiedliche Konzepte zur thermischen Aktuierung beschrieben.
In den schematischen Darstellungen von 5 sind jeweils für den Nichtbetriebszustand (5a) und den Zustand während der Waferbelichtung (5b) die jeweiligen Wärmeströme bzw. -einträge in ein Spiegelelement 501 durch Pfeile veranschaulicht, wobei mit „A” der Wärmeeintrag durch absorbiertes EUV-Licht (welcher für den Nichtbetriebszustand der Projektionsbelichtungsanlage entfällt), mit „B” eine (z. B. unter Einsatz eines Reglers unter Verwendung der Spiegeltemperaturmessung gemäß 1–4) eingebrachte Heizleistung, mit „C” der resultierende gesamte Wärmeeintrag an der optischen Wirkfläche des Spiegels 501, mit „D” der Wärmestrom innerhalb des Spiegelelements 501 und mit „E” der Wärmeabfluss vom Spiegelelement 501 zu einem Kühler 550 bezeichnet ist.
Aus 5b ist ersichtlich, dass eine (z. B. mit speziellen Beleuchtungssettings einhergehende) inhomogene thermische Belastung des Spiegels 501 zwar zu lokalen Temperaturinhomogenitäten bzw. -gradienten innerhalb des Spiegelelements 501 führen, wobei jedoch diese Temperaturinhomogenitäten wie bereits vorstehend erläutert solange keine signifikanten Auswirkungen auf Spiegeldeformationen bzw. optische Eigenschaften der Anordnung besitzen, solange die thermische Regelung unter Verwendung der Heizleistung „B” auf eine geeignete Temperatur im Bereich der Nulldurchgangstemperatur (= „Zero-Crossing-Temperatur”) erfolgt.
Wenn jedoch der sich in dem Spiegel 501 wie beschrieben einstellende Temperaturgradient den noch akzeptablen Bereich um die Nulldurchgangstemperatur verlässt, können Deformationen des Spiegels 501 sowie optische Abberationen die Folge sein. Um dies zu kompensieren, kann gemäß 6b mittels einer zweidimensionalen Heizvorrichtung ein zum inhomogenen Wärmeeintrag aufgrund des absorbierten EUV-Lichtes „A” komplementäres Wärmeeintragsprofil „B” generiert werden mit der Folge, dass der sich in Summe ergebende Zustand „C” wiederum einem homogenen Wärmeeintrag (ohne Temperaturgradienten im Spiegel 601) entspricht. Hierzu wird im Unterschied zu 5 ein zweidimensional variabel bzw. ortsaufgelöst ansteuerbarer thermischer Aktuator eingesetzt, wie er im Weiteren unter Bezugnahme auf 7 erläutert wird.
Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf 7 und 8 unterschiedliche Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Anordnung zur thermischen Aktuierung eines Spiegels beschrieben.
7 zeigt zunächst in schematischer Darstellung einen Spiegel 700, welcher eine Mehrzahl von Zugangskanälen 710, 711, 712, aufweist, die sich analog zu dem Zugangskanal 110 bzw. 310 von 1 bzw. 3 von der Spiegelrückseite her in Richtung zur optischen Wirkfläche 701a des Spiegels 701 erstrecken. Die im Bereich der optischen Wirkfläche 701a des Spiegels vorhandene reflektierende Schicht ist in 7 (und 8) schraffiert und lediglich schematisch sowie übertrieben dargestellt.
Ebenfalls entsprechend zu den Ausführungsformen von 1 und 3 erstrecken sich in die Zugangskanäle 710, 711, 712, ... jeweils Rohre 720, 721, 722, ... Hinsichtlich beispielhafter geeigneter Abmessungen bzw. Abstände der Zugangskanäle 710, 711, 712, ... von der optischen Wirkfläche 701a des Spiegels 701 wird auf die Ausführungen im Zusammenhang mit 1 bzw. 3 Bezug genommen.
Im Unterschied zu den zur Spiegeltemperaturmessung bestimmten Ausführungsformen gemäß 1 ff. befindet sich gemäß 7 am außerhalb des Spiegels 701 angeordneten Endabschnitt der Zugangskanäle 710, 711, 712, ... kein Sensor, sondern jeweils ein Niedertemperaturstrahler 760, 761, 762, ..., welcher als Schwarzstrahler mit einer Temperatur im Bereich bis zu 400°C, typischerweise im Bereich von 100°C bis 200°C, eine Wärmestrahlung mit einem Maximum der Strahlungsdichte im Bereich von 5 bis 10 μm erzeugt. In weiteren Ausführungsformen können anstelle der Niedertemperaturstrahler auch Hochtemperaturstrahler (mit einer Temperatur oberhalb von 400°C) oder auch monochromatische Lichtquellen (z. B. in Form von Lasern oder LED's) als Heizstrahler zum Einsatz kommen.
Die durch die Niedertemperaturstrahler 760, 761, 762, ..., erzeugte Wärmestrahlung durchquert (analog zu 1, 3 und 4, jedoch nun auf umgekehrtem Wege) die jeweiligen Zugangskanäle 710, 711, 712, ... und gelangt zur der optischen Wirkfläche 701a zugewandten Stirnfläche 710a, 711a, 712a, ... des jeweiligen Zugangskanals 710, 711, 712, wobei sie wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen an der jeweiligen Wandung des Zugangskanals 710, 711, 712, ..., streifend unter geringen Reflexionswinkeln (vorzugsweise nicht größer als 20°, weiter bevorzugt nicht größer als 15°) reflektiert wird.
Hierbei wird zum einen aufgrund des streifenden Einfalls erreicht, dass der überwiegende Anteil der Wärmestrahlung bis zur besagten Stirnfläche 710a, 711a, 712a, ... des jeweiligen Zugangskanals 710, 711, 712, ... gelangt und ein Absorptionsanteil an der Wandung des jeweiligen Zugangskanals 710, 711, 712, ... vernachlässigbar klein ist. Zum anderen liegt wiederum die Wellenlänge der Wärmestrahlung vorteilhafter Weise in dem Bereich, in welchem das Spiegelsubstratmaterial, z. B. die vorstehend genannten Glasmaterialien mit einer thermischen Ausdehnung von (nahezu) Null, praktisch lichtundurchlässig ist, so dass die Wärmestrahlung effektiv in unmittelbarer Nähe zur optischen Wirkfläche 701a in das Spiegelsubstratmaterial eingekoppelt werden kann.
Wie ebenfalls aus 7 ersichtlich ist, ist jedem Niedertemperaturstrahler 760, 761, ... jeweils eine separate Ansteuerung 760a, 761a, ... zugeordnet, so dass die gesamte Anordnung aus Niedertemperaturstrahlern 760, 761, ... (welche als Array matrix-förmig aufgebaut ist) selektiv ansteuerbar ist, um analog zu 6 (jedoch von der Spiegelrückseite aus) einen zweidimensionalen ortsaufgelösten Wärmeeintrag in dem Spiegel 700 zu realisieren und auf diese Weise den vorstehend beschriebenen (und z. B. durch bestimmte Beleuchtungssettings hervorgerufenen) lokalen Inhomogenitäten der Temperaturverteilung auf dem Spiegel 701 Rechnung zu tragen.
Des Weiteren ist Bestandteil der Anordnung 700 aus 7 ein Kühler 750 mit einer Mehrzahl von Kühlungskanälen 751, welche jeweils von einem Kühlmedium 752 durchströmt werden. Der Kühler 750 dient zur permanenten Abführung von Wärme an die Umgebung und befindet sich auf konstanter Temperatur (wobei beispielhafte Temperaturwerte, ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt wäre, im Bereich von 22°C abwärts bis zu typischen Kryotemperaturen wie z. B. 77 Kelvin (bei Verwendung z. B. von flüssigem Stickstoff) liegen können. Hierdurch, d. h. infolge der Kombination des einen konstanten Wärmeabfluss bewirkenden Kühlers 750 mit einem steuerbaren Wärmeeintrag über die Anordnung aus Niedertemperaturstrahlern 760, 761, ..., wird eine in regelungstechnischer Hinsicht besonders effiziente Anordnung realisiert, welche insbesondere eine regelungstechnisch rasche Reaktion auf inhomogene Wärmeeinträge in dem Spiegel 701 durch entsprechende Variation der von den Niedertemperaturstrahlern 760, 761, ... ausgesandten Wärme- bzw. Infrarotstrahlung ermöglicht.
Wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen wird auch in der Anordnung von 7 ein mechanischer Kontakt der verwendeten Komponenten zum Spiegel 701 vermieden. Des Weiteren wird dadurch, dass die thermische Aktuierung nur innerhalb der Anordnung 700 erfolgt bzw. von außen nur der (in seiner Temperatur konstante) Kühler 750 wahrgenommen wird, eine Störung der Spiegelumgebung vermieden, wobei insbesondere keinerlei Streulicht in das System gelangt.
Der in 7 dargestellte Aufbau ist aufgrund der beschriebenen Eigenschaften der thermischen Neutralität nach außen sowie auch der vermiedenen Störung der optischen Wirkfläche 701a des Spiegels 701 dazu geeignet, gewissermaßen als Modul an einen typischerweise während der Fertigung verwendeten (interferometrischen) Messaufbau (= „Metrology Tool”) angekoppelt zu werden, um die mittels eines solchen Aufbaus während der Fertigung erfolgende Vermessung des Spiegels 701 bereits in dem thermischen Zustand vorzunehmen, in dem der Spiegel 701 auch im späteren eigentlichen Lithographieprozess betrieben wird. Dabei können insbesondere auch bereits entsprechende Temperaturgradienten, die sich im späteren Lithographieprozess im Spiegel 701 (etwa aufgrund bestimmter Beleuchtungssettings) einstellen, realisiert werden, um entsprechende Übertragungsfehler beim Übergang von der Fertigung zum Betrieb zu vermeiden.
Wenngleich vorstehend im Zusammenhang mit der thermischen Aktuierung beschrieben kann das unter Bezugnahme auf 7 dargestellte Konzept mehrerer Zugangskanäle 710, 711, 712, ... auch bei der anhand von 1, 3 und 4 beschriebenen Spiegeltemperaturmessung eingesetzt werden, um diese ebenfalls (z. B. mit einem zweidimensionalen Array von Zugangskanälen mit jeweils zugeordneten Sensoren) ortsaufgelöst vornehmen zu können.
In weiteren Ausführungsformen kann auch in Abwandlung von 7 ein zu 3 analoges Heizprinzip angewandt werden, bei dem Niedertemperaturstrahler 760, 761, ... in unmittelbarer Nähe der Stirnflächen 710a, 711a, 712a, ... der jeweiligen Zugangskanäle 710, 711, 712, ... platziert sind.
8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, wobei im Vergleich zu 7 entsprechende bzw. im Wesentlichen funktionsgleiche Elemente mit um „100” erhöhten Bezugsziffern bezeichnet sind. Die Anordnung 800 unterscheidet sich von der Anordnung 700 aus 7 dadurch, dass anstelle der Mehrzahl von Niedertemperaturstrahlern 760, 761, ... nur ein einziger, jedoch entsprechend großflächiger Niedertemperaturstrahler 860 vorgesehen ist, welcher eine thermisch aktuierbare bzw. beheizbare Platte (wiederum als schwarzer Körper) darstellt, deren emittierte Wärmestrahlung über den Spiegel 801 auf dessen Rückseite 801c verteilt in die Zugangskanäle 810, 811, ... eintritt und – insoweit analog zu 7 – nach unter streifendem Einfall erfolgender Reflexion an den Wänden der Rohre 820, 821, ... zu dem jeweiligen stirnseitigen Abschnitt 810a, 811a, ... der Zugangskanäle 810, 811, ... gelangt und somit in unmittelbarer Nähe zur optischen Wirkfläche 801a des Spiegels 801 in das Spiegelsubstratmaterial eingekoppelt wird. Auch hier kann in weiteren Ausführungsformen anstelle des Niedertemperaturstrahlers 860 auch ein Hochtemperaturstrahler (mit einer Temperatur oberhalb von 400°C) oder auch eine monochromatische Lichtquelle (z. B. in Form von Lasern oder LED's) als Heizstrahler zum Einsatz kommen.
Wenn die Erfindung auch anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben wurde, erschließen sich für den Fachmann zahlreiche Variationen und alternative Ausführungsformen, z. B. durch Kombination und/oder Austausch von Merkmalen einzelner Ausführungsformen. Dementsprechend versteht es sich für den Fachmann, dass derartige Variationen und alternative Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung mit umfasst sind, und die Reichweite der Erfindung nur im Sinne der beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalente beschränkt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2010/018753 A1 [0004]
US 2004/0051984 A1 [0004]
WO 2008/034636 A2 [0004]
DE 102009024118 A1 [0004]
WO 2009/046955 A2 [0004]

Claims

Anordnung zur Spiegeltemperaturmessung und/oder thermischen Aktuierung eines Spiegels in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, • wobei der Spiegel (101, 301, 401, 701, 801) eine optische Wirkfläche (101a, 301a, 401a, 701a, 801a) sowie wenigstens einen sich von einer nicht der optischen Wirkfläche entsprechenden Oberfläche des Spiegels aus in Richtung dieser Wirkfläche erstreckenden Zugangskanal (110, 310, 410, 710, 711, 712, 810, 811, 812) aufweist; und • wobei die Anordnung zur Spiegeltemperaturmessung und/oder thermischen Aktuierung des Spiegels (101, 301, 401, 701, 801) mittels elektromagnetischer Strahlung ausgelegt ist, welche sich entlang des Zugangskanals (110, 310, 410, 710, 711, 712, 810, 811, 812) ausbreitet.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Strahlung innerhalb des Zugangskanals (110, 310, 410, 710, 711, 712, 810, 811, 812) mehrfach reflektiert wird.
Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflexionswinkel der elektromagnetischen Strahlung innerhalb des Zugangskanals (110, 310, 410, 710, 711, 712, 810, 811, 812) nicht größer als 20°, vorzugsweise nicht größer als 15° ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Strahlung eine Wellenlänge aufweist, für welche der Spiegel (101, 301, 401, 701, 801) zumindest bereichsweise lichtundurchlässig ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Strahlung eine Wellenlänge von wenigstens 2.5 μm, insbesondere wenigstens 5 μm aufweist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Zugangskanal von der der optischen Wirkfläche entgegengesetzten Oberfläche (101c, 301c, 401c, 701c, 801c) des Spiegels (101, 301, 401, 701, 801) aus in Richtung der optischen Wirkfläche (101a, 301a, 401a, 701a, 801a) erstreckt.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zugangskanal (110, 310, 410, 710, 711, 712, 810, 811, 812) von der optischen Wirkfläche durch einen verbleibenden Spiegelmaterialabschnitt getrennt ist, dessen Dicke (d) im Bereich von 5 bis 20 mm liegt.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese ferner ein in den wenigstens einen Zugangskanal hinein ragendes Rohr (120, 320, 720, 721, 722, 820, 821, 822) aufweist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese ferner wenigstens einen Sensor (130, 330, 430) zur Erfassung der elektromagnetischen Strahlung aufweist.
Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (130, 330, 430) ein Thermosäulensensor ist.
Anordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (130, 430) außerhalb des Spiegels (101, 401) angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (330) innerhalb des Zugangskanals (310) im Spiegel (301) angeordnet ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese ferner eine Regelungseinrichtung aufweist, über welche der Spiegel (101, 301, 401, 701, 801) in Abhängigkeit von der Spiegeltemperaturmessung auf eine konstante Temperatur aufheizbar ist.
Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass diese Temperatur im Bereich von 22°C bis 45°C, insbesondere im Bereich von 25°C bis 40°C liegt.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Mehrzahl solcher Zugangskanäle (710, 711, 712, 810, 811, 812) aufweist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese ferner wenigstens einen Heizstrahler aufweist, welcher die innerhalb des Zugangskanals (710, 711, 712, ..., 810, 811, 812) mehrfach reflektierte elektromagnetische Strahlung erzeugt.
Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Mehrzahl solcher Heizstrahler aufweist, welche als Array angeordnet und selektiv ansteuerbar sind.
Anordnung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass dieser wenigstens eine Heizstrahler ein Niedertemperaturstrahler (760, 761, 762, ..., 860) ist.
Anordnung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass dieser wenigstens eine Heizstrahler ein Hochtemperaturstrahler ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese ferner einen Kühler (750, 850) zur Abführung von Wärme an die Umgebung aufweist.
Anordnung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass sich dieser Kühler (750, 850) auf konstanter Temperatur befindet.
Verfahren zur Spiegeltemperaturmessung und/oder thermischen Aktuierung eines Spiegels in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, wobei der Spiegel (101, 301, 401, 701, 801) eine optische Wirkfläche (101a, 301a, 401a, 701a, 801a) sowie wenigstens einen sich von einer nicht der optischen Wirkfläche entsprechenden Oberfläche des Spiegels aus in Richtung dieser Wirkfläche erstreckenden Zugangskanal (110, 310, 410, 710, 711, 712, 810, 811, 812) aufweist, und wobei die Spiegeltemperaturmessung und/oder thermische Aktuierung des Spiegels (101, 301, 401, 701, 801) mittels elektromagnetischer Strahlung erfolgt, welche sich entlang des Zugangskanals (110, 310, 410, 710, 711, 712, 810, 811, 812) ausbreitet.
Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Strahlung über eine Anordnung selektiv angesteuerter Heizstrahler erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Kühlers (750, 850) ein konstanter Wärmeabfluss aufrechterhalten wird.