DE102011088623A1

DE102011088623A1 - Optisches Element mit thermischer Isolierung, Projektionsobjektiv und Projektionsbelichtungsanlage damit

Info

Publication number: DE102011088623A1
Application number: DE102011088623A
Authority: DE
Inventors: Alexandra Pazidis
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2011-12-14
Filing date: 2011-12-14
Publication date: 2013-01-03

Abstract

Die Erfindung betrifft ein optisches Element (33, 51) mit einem Grundkörper (34, 52) mit einem optisch genutzten Volumenbereich zur Transmission von UV-Strahlung. Das optische Element (33, 51) weist einen Abschnitt (60) mit einer gegenüber dem optisch genutzten Volumenbereich reduzierten Wärmeleitfähigkeit auf, um den optisch genutzten Volumenbereich vor thermischen Einflüssen bei der Benetzung des optischen Elements (33, 51) mit einer Flüssigkeit zu schützen. Die Erfindung betrifft auch ein Projektionsobjektiv sowie eine Projektionsbelichtungsanlage mit mindestens einem solchen optischen Element (33, 51).

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein optisches Element, welches einen Grundkörper mit einem optisch genutzten Volumenbereich zur Transmission von UV-Strahlung aufweist, ein Projektionsobjektiv mit einem solchen optischen Element, sowie eine Projektionsbelichtungsanlage für die Immersionslithographie.
Die Benetzung von optischen Elementen mit Flüssigkeiten, beispielsweise mit Wasser, hat in der Regel negative Auswirkungen auf deren optische Eigenschaften. Diese Problematik spielt insbesondere in der Immersions-Lithographie, eine Rolle, bei der zwischen einem letzten optischen Element eines Projektionsobjektivs und einem lichtempfindlichen Substrat eine Immersionsflüssigkeit eingebracht ist. Das letzte optische Element wird innerhalb eines optisch genutzten Oberflächenbereichs, der auch als optisch genutzter Durchmesser bezeichnet wird, von der Immersionsflüssigkeit benetzt, um eine Erhöhung der Auflösung und Tiefenschärfe bei der Abbildung zu erreichen.
Es ist bekannt, dass die Benetzung des optischen Elements außerhalb des optisch freien Durchmessers sich negativ auf dessen optische Eigenschaften auswirken kann: Verdampft die benetzende Flüssigkeit an einer Oberfläche außerhalb des optisch genutzten Oberflächenbereichs, entsteht Verdunstungskälte. Daher kann sich in dem benetzten Bereich eine Wärmesenke ausbilden, die sich negativ auf das Temperaturgleichgewicht des optischen Elements auswirken kann. Beispielsweise kann sich dadurch bei optischen Elementen in Form von Linsen die Brechzahl des als Grundkörper verwendeten Materials lokal verändern, was zu Abbildungsfehlern führen kann. Dieses Problem tritt insbesondere an matten Oberflächenbereichen auf, die sich außerhalb des optisch freien Durchmessers befinden, da an matten Oberflächen eine Flüssigkeit typischer Weise schlechter abläuft als an polierten Oberflächen.
Aus der US 2009/0233233 A1 sowie der EP 1 760 528 A2 ist es bekannt, zur Reduzierung der Benetzung außerhalb des optisch freien Durchmessers des optischen Elementes eine hydrophobe Beschichtung auszubilden. Um die hydrophobe Beschichtung vor Streustrahlung aus dem Inneren des optischen Elements zu schützen, kann die hydrophobe Beschichtung mindestens eine UV-beständige (und UV-Strahlung absorbierende) Schutzschicht aufweisen.
Aus der US 7,738,187 B2 ist es bekannt, an einem optischen Element für die Immersionslithographie außerhalb des optisch freien Durchmessers eine oleophobe Beschichtung aufzubringen. Dies ist günstig, um die Benetzung der optischen Komponente mit einer organischen Immersions-Flüssigkeit zu reduzieren.
Bei den oben beschriebenen Lösungen kann jedoch gegebenenfalls während des Abperlens der Flüssigkeit bzw. beim Vorhandensein einer Vielzahl von Flüssigkeitströpfchen an dem beschichteten Abschnitt der Oberfläche das Auftreten von Verdunstungskälte gegebenenfalls nicht vollständig vermieden werden. Zudem können die flüssigkeitsabweisenden Eigenschaften der Beschichtung während der Lebensdauer des optischen Elements (in der Regel mehrere Jahre) z. B. aufgrund von dort angelagerten Kontaminationen abnehmen.
Aufgabe der Erfindung
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein optisches Element bereitzustellen, bei dem der Einfluss der Benetzung mit einer Flüssigkeit auf die optischen Eigenschaften des optischen Elements reduziert werden kann.
Gegenstand der Erfindung
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein optisches Element der eingangs genannten Art, welches einen (außerhalb des optisch genutzten Volumenbereichs befindlichen) Abschnitt mit einer gegenüber dem optisch genutzten Volumenbereich reduzierten Wärmeleitfähigkeit aufweist. Der Abschnitt ist bevorzugt zwischen dem optisch genutzten Volumenbereich und einer Oberfläche angeordnet, welche mit einer Flüssigkeit benetzt wird. Durch den Abschnitt mit der reduzierten Wärmeleitfähigkeit kann die Wärmeleitung in den optisch genutzten Volumenbereich verhindert oder zumindest deutlich abgeschwächt werden.
Da der Bauraum für das optische Element gering ist, ist es typischer Weise erforderlich, den Abschnitt mit der reduzierten Wärmeleitfähigkeit entweder im Material des Grundkörpers des optischen Elements selbst oder in Form einer oder mehrerer dünnen Lagen bzw. Schichten, beispielsweise in Form einer Beschichtung, an dem optischen Element vorzusehen. Die Wärmeleitfähigkeit des in dem Abschnitt vorgesehenen Materials liegt günstiger Weise bei weniger als 1,0 W/(m K) (ggf. aber bei mehr als 0,5 W/(m K)), bevorzugt bei weniger als 0,5 W/(m K), insbesondere bei weniger als 0,1 W/(m K), während das Material des Grundkörpers typischer Weise eine thermische Leitfähigkeit von > 1 W/(m K) aufweist und bei SiO₂ z. B. zwischen ca. 1,2 und 1,4 W/(m K) liegt.
Da die übertragene Wärmeleistung dQ/dt durch einen Festkörper zwischen zwei parallelen Oberflächen gemäß folgender Formel (Fourier'sches Gesetz) dQ/dt = λ/d A (T_W1 – T_W2) gegeben ist, wobei λ die Wärmeleitfähigkeit, A die Fläche, durch welche die Wärme strömt, d die Dicke des Körpers und T_W1 bzw. T_W2 die Temperatur der wärmeren bzw. kälteren Wandoberfläche bezeichnet, hängt die übertragene Wärmeleistung nicht nur vom Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten λ, sondern auch von der Dicke d des Bereichs bzw. der Schicht mit der reduzierten Wärmeleitfähigkeit ab. Je größer die Schichtdicke bzw. die Dicke des Abschnitts, desto geringer die Wärmeübertragung.
Um einen möglichst geringe Wärmeleistung zu übertragen, sollte die Dicke des Abschnitts des Grundkörpers bzw. der Schicht/Beschichtung daher relativ groß sein, beispielsweise mindestens 0,2 mm, bevorzugt mindestens 0,5 mm, insbesondere mindestens 1 mm. Da bei herkömmlichen optischen Elementen die Dicke einer ggf. aufgebrachten funktionellen Beschichtung (z. B. einer hydrophoben Beschichtung) im Bereich von Nanometern, ggf. im Bereich von wenigen Mikrometern liegt, kann durch die Verwendung eines Abschnitts mit einer z. B. um einen Faktor 1000 größeren Dicke auch bei einer vergleichsweise moderaten Reduzierung der Wärmeleitfähigkeit in dem Abschnitt auf z. B. nur 99% der Wärmeleitfähigkeit des Grundkörpers eine um einen Faktor 100 geringere Wärmeübertragung erreicht werden. Insbesondere wenn der Abschnitt auf den Grundkörper z. B. in Form einer Beschichtung aufgebracht wird, sollte die Dicke des Abschnitts bauraumbedingt nicht zu groß gewählt werden und z. B. eine Dicke von ca. 5 mm, bevorzugt von 3 mm nicht überschreiten.
Zur Reduzierung der Wärmeleitfähigkeit hat es sich als günstig erwiesen, in dem Abschnitt Hohlräume bzw. Zwischenräume vorzusehen, die zum Einschluss von Gasen (oder ggf. eines Vakuums mit einem geringen Restgas-Anteil) dienen, da die Wärmeleitfähigkeit von gasförmigen Stoffen typischer Weise um ca. eine Größenordnung kleiner ist als die Wärmeleitfähigkeit von Festkörpern.
Bei einer Ausführungsform wird der Abschnitt durch einen oberflächennahen Volumenbereich des Grundkörpers gebildet, d. h. die thermische Isolation ist im Material des Grundkörpers selbst gebildet. Unter einem oberflächennahen Volumenbereich wird typischer Weise ein Volumenbereich verstanden, dessen maximaler Abstand von der Oberfläche nicht mehr als ca. 3 mm beträgt. Es versteht sich, dass der Teilbereich außerhalb des optisch freien Durchmessers des optischen Elements gebildet ist, d. h. dass der Teilbereich sich typischer Weise nicht in einen Oberflächenbereich erstreckt, der zum Durchtritt von Strahlung dienen soll.
In einer Weiterbildung weist der oberflächennahe Volumenbereich zur Reduzierung der Wärmeleitfähigkeit Mikroblasen auf. Die Mikroblasen bzw. Mikrorisse können in das (Glas-)Material des Grundkörpers eingebracht werden, indem dieser mit kurzen Laserpulsen hoher Energie beschossen wird. Die thermische Leitfähigkeit des Grundkörpers reduziert sich in dem Teilbereich, in dem die Blasen gebildet sind, um den Anteil des Blasenvolumens zum Volumen des Basis-Materials des Grundkörpers.
Beim Substrat-Material des Grundkörpers handelt es sich typischer Weise um Glas, genauer gesagt um Quarzglas. Dieses weist eine ausreichende Transmission bei Wellenlängen im UV-Bereich (z. B. bei ca. 193 nm) auf und ist ausreichend stabil, um hohen Strahlungsdichten auch über einen langen Zeitraum standzuhalten. Insbesondere bei der Verwendung von Quarzglas können durch Laserstrahlung Mikroblasen gebildet werden. Es versteht sich, dass der Grundkörper des optischen Elements gegebenenfalls auch aus einem anderen Material gebildet sein kann, ggf. auch aus einkristallinem Material, z. B. aus Calciumfluorid oder Germaniumoxid.
In einer Ausführungsform ist der Abschnitt als mindestens eine thermisch isolierende Schicht ausgebildet, die auf eine Oberfläche des Grundkörpers aufgebracht ist, und zwar typischer Weise in einem Bereich der Oberfläche, der außerhalb des optisch genutzten Durchmessers liegt. Durch das Vorsehen einer oder mehrerer thermisch isolierender Schichten kann die Wärmeleitfähigkeit in dem Abschnitt reduziert werden, ohne dass hierbei das Material des Grundkörpers modifiziert wird.
Bei einer Weiterbildung ist die thermisch isolierende Schicht als thermisch isolierende Folie oder eine thermisch isolierende Hülle ausgebildet. Die thermisch isolierende Folie wird typischer Weise durch Kleben an dem Grundkörper angebracht, um eine vollflächige Verbindung zwischen der Folie und dem Grundkörper auszubilden. Es versteht sich aber, dass die Folie ggf. auch auf andere Weise an dem Grundkörper befestigt werden kann. Die thermisch isolierende (dünne) Hülle unterscheidet sich von der Folie dadurch, dass diese selbsttragend ist und bei entsprechender passgenauer Ausbildung auf den Grundkörper form- bzw. kraftschlüssig befestigt werden kann, z. B. durch Aufstecken.
Die thermisch isolierende Schicht kann geschlossene Poren aufweisen, d. h. die die Poren werden gegenüber der Umgebung durch das Material der Schicht abgedichtet. Auch in diesem Fall wird die thermisch isolierende Wirkung durch die geringe thermische Leitfähigkeit des in den Poren eingeschlossenen Gases erreicht. Als thermisch isolierende Schichten mit geschlossenen Poren kommen beispielsweise Folien aus Schaumstoff-Material (mit geschlossenen Poren) in Frage, die typischer Weise aus organischen Materialien, z. B. aus Polyethylen, bestehen können. Schichten mit geschlossenen Poren können aber auch auf andere Weise erzeugt werden, beispielsweise in einem Herstellungsprozess, bei dem in einem Selbstorganisationsprozess eines Block-Copolymers zylindrische Hohlräume gebildet werden, die auch als „airgaps” bezeichnet werden und in denen beim Herstellungsprozess ein Vakuum erzeugt wird. Ein solcher Herstellungsprozess wird von der Fa. IBM beschrieben, vgl. die Web-Adresse „http://www-03.ibm.com/press/us/en/pressrelease/21473.wss", vgl. auch „The Ultimate Dielectric is... Nothing" von S. Adee, IEEE Spectrum, Vol. 45, Issue 1, January 2008, Seite 39ff, sowie "Rapid Directed Assembly of Block Copolymer Films at Elevated Temperatures", von A. M. Welander et al., Macromolecules, 2008, 41 (8), Seiten 2759–2761.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die thermisch isolierende Schicht eine Mehrzahl von offenen Poren auf. Bei einer solchen thermisch isolierenden Schicht sollte durch geeignete Maßnahmen sichergestellt werden, dass die benetzende Flüssigkeit, z. B. Wasser, nicht in die Poren eindringen kann.
In einer Weiterbildung ist die thermisch isolierende Schicht aus einem Aerogel hergestellt. Bei einem Aerogel handelt es sich um einen hochporösen Festkörper, bei dem bis zu ca. 99,98% des Volumens aus Poren bestehen. Aerogele werden typischer Weise in einem Sol-Gel-Prozess hergestellt. Als Ausgangsbasis für die Aerogel-Synthese kommt eine Mehrzahl von Stoffen in Frage, wobei Aerogele auf Silikatbasis am häufigsten sind, vgl. „http://de.wikipedia.org/wiki/Aerogel". Als Ausgangsmaterialien für die Herstellung von Aerogelen kommen aber auch andere Stoffe, z. B. Al₂O₃, in Frage.
Die Benetzungseigenschaften von Aerogelen beim Kontakt mit Flüssigkeiten hängen vom den Parametern ab, die beim Synthese-Prozess verwendet wurden. Typischer Weise weisen Aerogele hydrophile Eigenschaften auf und eigen sich somit zur Verringerung der Benetzung mit hydrophoben (unpolaren) Flüssigkeiten. Bei einem Aerogel mit hydrophilen Eigenschaften führt der Kontakt mit Wasser jedoch typischer Weise dazu, dass sich das Aerogel zersetzt bzw. zerfällt. Wird als Immersionsflüssigkeit destilliertes Wasser verwendet, kann somit ohne das Vorsehen zusätzlicher Maßnahmen in der Regel kein hydrophiles Aerogel eingesetzt werden. Es ist jedoch möglich, die Eigenschaften des Aerogels hinsichtlich der Benetzung so einzustellen, dass ein hydrophobes Aerogel entsteht, und zwar indem die Hydroxyl-Gruppen an der Oberfläche des Aerogels in unpolare Gruppen umgewandelt werden, wie dies z. B. unter „http://eetd.lbl.gov/ecs/aerogels/sa-chemistry.html" sowie in dem Artikel "Hydrophobic waterglass based aerogels without solvent exchange or supercritical drying" von F. Schwertfeger et al., Journal of Non-Crystalline Solids, Vol. 225, April 1998, Seiten 24–29 beschrieben ist.
In einer Weiterbildung ist zum flüssigkeitsdichten Verschließen der Poren auf die thermisch isolierende Schicht eine Deckschicht aufgebracht. Bei der thermisch isolierenden Schicht kann es sich z. B. um ein Aerogel oder um ein anderes Material mit offenen Poren handeln, bei dem die Poren durch die Deckschicht verschlossen werden, die typischer Weise aus einem Material ohne Poren gebildet ist. Es versteht sich, dass beim Aufbringen einer Deckschicht auf ein Aerosol auf eine hydrophobe Terminierung verzichtet werden kann.
Die Deckschicht ist bevorzugt aus einem metallischen Material gebildet. Metallische Materialien haben sich für die Decksicht als günstig erwiesen, da Metalle einen hohen Reflexionskoeffizienten für (gestreute) Strahlung aufweisen, so dass metallische Deckschichten ebenfalls zur thermischen Isolation des optisch genutzten Volumenbereichs von der Umgebung dienen können.
In einer Weiterbildung weist die thermisch isolierende Schicht eine Struktur mit einer Mehrzahl von in Dickenrichtung der Schicht verlaufenden Säulen auf, zwischen denen die Poren bzw. Hohlräume gebildet sind. Eine solche strukturierte thermisch isolierende Schicht kann z. B. in einem Lithographieverfahren hergestellt werden, bei dem eine Mehrzahl von im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche verlaufenden Säulen gebildet wird, wie dies beispielsweise in der US 6,017,814 beschrieben ist. Eine Strukturierung mittels eines Lithographie-Prozesses ist jedoch vergleichsweise aufwändig und daher teuer. Günstiger ist es, wenn die Strukturierung mittels eines Bedampfungsprozesses vorgenommen wird, bei dem das Material der Schicht mit der gewünschten Struktur bzw. Geometrie aufgebracht wird.
Zu diesem Zweck hat es sich als günstig erwiesen, wenn die Oberfläche, an der die thermisch isolierende Schicht gebildet werden soll, unter einem Winkel zur Bedampfungsrichtung ausgerichtet wird, der so gewählt ist, dass sich das bei der Beschichtung aufgebrachte Material bzw. die Säulen selbst abschatten, so dass es zur Ausbildung der gewünschten säulenartigen Struktur kommt. Die bei einem solchen Bedampfungsprozess erzeugten säulenartigen Strukturen sind gegenüber der Oberflächen-Normalen der Oberfläche, auf die sie aufgebracht werden, unter einem Winkel geneigt, der im Wesentlichen dem Bedampfungswinkel bei der Herstellung entspricht und der typischer Weise bei mehr als 30°, bevorzugt bei mehr als 45°, ggf. bei mehr als 50°.
Es versteht sich, dass auf die Oberfläche des Grundkörpers eine Beschichtung aufgebracht werden kann, die aus einer Mehrzahl von alternierenden thermisch isolierenden Schichten und Deckschichten gebildet ist. Die massiven Deckschichten dienen hierbei der mechanischen Stabilisierung der schlecht thermisch leitenden Zwischenschichten, welche die Poren aufweisen. Die Dicke der Beschichtung wird hierbei so gewählt, dass die Wärmeleitung, die vom Quotienten der Wärmeleitfähigkeit und der Schichtdicke abhängig ist, um das gewünschte Maß reduziert wird.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist zwischen der thermisch isolierenden Schicht und der Oberfläche des Grundkörpers mindestens eine UV-beständige und UV-Strahlung absorbierende Schicht angeordnet. Eine solche UV-Strahlung absorbierende Schutzschicht hat sich als günstig erwiesen, um zu verhindern, dass Streustrahlung aus dem Inneren des Grundkörpers bzw. aus dem optisch genutzten Volumenbereich die ggf. nicht UV-beständige thermisch isolierende Schicht angreifen und ggf. zerstören kann. Geeignete Materialien für eine solche UV-Schutzschicht sind beispielsweise in der eingangs genannten US 2009/0233233 A1 oder der EP 1 760 528 A2 beschrieben, welche in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht werden.
Die Verwendung einer UV-Schutzschicht hat sich insbesondere als günstig erwiesen, um organische Materialien, z. B. in Form von Folien oder in Form eines Klebers, der z. B. zum Aufbringen einer Folie dienen kann, vor UV-Strahlung zu schützen. Auch bei einer hydrophoben Terminierung eines Aerogels (s. o.) kommen in der Regel organische Materialien zum Einsatz, so dass es sich als günstig erwiesen hat, in diesem Fall zwischen dem Aerogel und dem Grundkörper des optischen Elements eine UV-Schutzschicht vorzusehen.
In einer Ausführungsform ist der thermisch isolierende Abschnitt an einer Mantelfläche eines konisch geformten Volumenbereichs des Grundkörpers und/oder an einer an den konisch geformten Volumenbereich angrenzenden planen Oberfläche gebildet. Um die Strahlung aus dem Grundkörper, genauer gesagt aus dem optisch genutzten Volumenbereich des Grundkörpers direkt in eine Immersionsflüssigkeit einzukoppeln, ist an dem Grundkörper in der Regel ein konisch geformter Volumenbereich vorgesehen, dessen Mantelfläche zumindest teilweise von der Immersionsflüssigkeit benetzt wird. Es ist daher günstig, den thermisch isolierenden Teilbereich an der umlaufenden Mantelfläche des Grundkörpers und/oder an dem typischerweise planen Oberflächenbereich vorzusehen, welcher den konisch geformten Volumenbereich umgibt. Durch die thermische Isolation kann bei einer Benetzung eine Absenkung der Temperatur des optischen Elements innerhalb des optisch genutzten Volumenbereichs weitestgehend verhindert werden. Zusätzlich oder alternativ kann die thermische Isolation auch auf einen Randbereich z. B. eine Seitenfläche des optischen Elements aufgebracht werden, an dem das optische Element mit einer Halterung in Verbindung gebracht wird.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist verwirklicht in einem Projektionsobjektiv zur Abbildung einer Struktur auf ein lichtempfindliches Substrat, welches mindestens ein optisches Element aufweist, welches wie oben beschrieben ausgebildet ist. Dieses optische Element bildet typischer Weise ein benachbart zum lichtempfindlichen Substrat, d. h. zur Strahlungsaustrittsseite des Projektionsobjektivs angeordnetes optisches Element, welches zumindest teilweise von der Immersionsflüssigkeit benetzt wird. Bei einem solchen Projektionsobjektiv können durch die Benetzung des optischen Elements hervorgerufene Abbildungsfehler vermieden bzw. stark reduziert werden. Es versteht sich, dass gegebenenfalls auf den thermisch isolierenden Abschnitt bzw. auf die thermisch isolierende Schicht eine flüssigkeitsabweisende Schicht oder Beschichtung aufgebracht werden kann, um die Benetzung mit der Immersionsflüssigkeit zu reduzieren.
Es versteht sich auch, dass beispielsweise für den Fall, dass es sich bei dem letzten optischen Element um eine Planplatte handelt, welche vollständig von der Immersionsflüssigkeit umgeben ist, mindestens ein weiteres optisches Element in dem Projektionsobjektiv vorgesehen werden kann, welches zumindest teilweise von der Immersionsflüssigkeit benetzt wird und welches auf die oben beschriebene Weise mit einer thermischen Isolierung ausgestattet werden kann.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist verwirklicht in einer Projektionsbelichtungsanlage für die Immersions-Lithographie, umfassend: ein Beleuchtungssystem, ein Projektionsobjektiv, welches wie oben beschrieben ausgebildet ist, ein lichtempfindliches Substrat, sowie eine Immersionsflüssigkeit, die zwischen dem lichtempfindlichen Substrat und dem benachbart zum lichtempfindlichen Substrat angeordneten optischen Element eingebracht ist. Typischer Weise taucht das zum Substrat benachbarte optische Element zumindest an einer Stirnseite des konisch geformten Volumenbereichs in die Immersionsflüssigkeit ein. Eine solche Projektionsbelichtungsanlage ermöglicht die Abbildung von kleinsten Strukturen mit hoher Auflösung und Tiefenschärfe.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele sind in der schematischen Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigt
1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie,
2 eine schematische Darstellung eines letzten Linsenelements für ein Projektionsobjektiv der Projektionsbelichtungsanlage von 1 mit einem oberflächennahen Volumenbereich, an dem zur Verringerung der Wärmeleitfähigkeit Mikroblasen gebildet sind,
3 eine Darstellung analog 2 mit einer auf das Linsenelement aufgebrachten thermisch isolierenden Folie,
4a, b schematische Schnittdarstellungen von zwei Beschichtungen, bei denen sich strukturierte, offene Hohlräume enthaltende Schichten mit Deckschichten abwechseln,
5 eine Darstellung analog 2 mit einer weiteren optischen Komponente in Form einer Planplatte, an der eine thermisch isolierende Schicht mit geschlossenen Poren vorgesehen ist, sowie
6 eine Darstellung analog 3, ebenfalls mit einer weiteren optischen Komponente in Form einer Planplatte, an der eine thermisch isolierende Schicht in Form eines Aerogels vorgesehen ist.
In 1 ist schematisch eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage 1 gezeigt, die zur Herstellung von hochintegrierten Halbleiterbauelementen mittels Immersionslithographie ausgebildet ist. Die Projektionsbelichtungsanlage 1 umfasst als Lichtquelle einen Excimer-Laser 3 mit einer Arbeitswellenlänge von 193 nm. Alternativ könnten auch Lichtquellen anderer Arbeitswellenlängen, beispielsweise 248 nm oder 157 nm verwendet werden. Ein nachgeschaltetes Beleuchtungssystem 5 erzeugt in seiner Austrittsebene oder Objektebene 7 ein großes, scharf begrenztes, sehr homogen beleuchtetes und an die Telezentrieerfordernisse eines nachgeschalteten Projektionsobjektivs 11 angepasstes Beleuchtungsfeld. Das Beleuchtungssystem 5 hat Einrichtungen zur Steuerung der Pupillenausleuchtung und zum Einstellen eines vorgegebenen Polarisationszustands des Beleuchtungslichts. Im Strahlengang hinter dem Beleuchtungssystem 5 ist eine Einrichtung (Reticle-Stage) zum Halten und Bewegen einer Maske 13 so angeordnet, dass diese in der Objektebene 7 des Projektionsobjektivs 11 liegt und in dieser Ebene zum Scanbetrieb in einer Abfahrrichtung 15 bewegbar ist.
Hinter der auch als Maskenebene bezeichneten Objektebene 7 folgt das Projektionsobjektiv 11, das ein Bild der Maske mit reduziertem Maßstab auf ein mit einem Photolack, auch Resist 21 genannt, belegtes Substrat 19, beispielsweise einen Silizium-Wafer abbildet. Das Substrat 19 ist so angeordnet, dass die ebene Substratoberfläche mit dem Resist 21 im Wesentlichen mit der Bildebene 23 des Projektionsobjektivs 11 zusammenfällt. Das Substrat wird durch eine Einrichtung 17 gehalten, die einen Antrieb umfasst, um das Substrat 19 synchron mit der Maske 13 zu bewegen. Die Einrichtung 17 umfasst auch Manipulatoren, um das Substrat 19 sowohl in z-Richtung parallel zur optischen Achse 25 des Projektionsobjektivs 11, als auch in x- und y-Richtung senkrecht zu dieser Achse zu verfahren.
Die zum Halten des Substrats 19 vorgesehene Einrichtung 17 (Wafer-Stage) ist für die Verwendung bei der Immersionslithographie konstruiert. Sie umfasst eine von einem Scannerantrieb bewegbare Aufnahmeeinrichtung 27, deren Boden eine flache Ausnehmung zur Aufnahme des Substrats 19 aufweist. Durch einen umlaufenden Rand 29 wird eine flache, nach oben offene Aufnahme für eine Immersionsflüssigkeit 31 gebildet. Die Höhe des Rands ist so bemessen, dass die eingefüllte Immersionsflüssigkeit 31 die Substratoberfläche mit dem Resist 21 vollständig bedecken und der austrittsseitige Endbereich des Projektionsobjektivs 11 bei richtig eingestelltem Arbeitsabstand zwischen Objektivaustritt und Substratoberfläche 21 in die Immersionsflüssigkeit 31 eintauchen kann.
Das Projektionsobjektiv 11 hat als letztes, der Bildebene 23 nächstes optisches Element eine nahezu halbkugelförmige Plankonvexlinse 33, deren Austrittsfläche 35a die letzte optische Fläche des Projektionsobjektivs 11 bilde. Die Austrittsfläche 35a des letzten optischen Elementes ist im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage 1 vollständig in die Immersionsflüssigkeit 31 (im vorliegenden Beispiel Wasser) eingetaucht und wird von dieser benetzt. Der Vollständigkeit halber ist in 1 eine weitere Linse 37 des Projektionsobjektivs 11 dargestellt, welche nicht mit der Immersionsflüssigkeit 31 in Berührung steht.
Optional ist die Plankonvexlinse 33 (an ihrer der Immersionsflüssigkeit 31 abgewandten, gekrümmten Linsenfläche) mit einer Antireflexbeschichtung versehen. Diese Antireflexbeschichtung weist eine Folge von abwechselnd niedrigbrechenden und hochbrechenden Materialen auf. Als niedrigbrechende Materialien kommen, insbesondere bei einer Arbeitswellenlänge der Projektionsbelichtungsanlage 1 von 193 nm z. B. MgF₂, AlF₃, Na₅Al₃F₁₄, Na₃AlF₆, SiO₂, LiF und NaF in Frage. Als hochbrechende Materialien sind unter anderem LaF₃, GdF₃, NdF₃, Al₂O₃ und DyF₃ geeignet.
2 zeigt ein Detail der Projektionsbelichtungsanlage 1 von 1 mit der Plankonvexlinse 33, die einen Grundkörper 34 (Linsenkörper) aus synthetischem Quarzglas aufweist. Gegebenenfalls können auch andere Materialien, z. B. Calciumfluorid oder Magnesiumfluorid, als Materialien für den Grundkörper verwendet werden. Die Plankonvexlinse 33 ist an ihrem umlaufenden Rand in einen Halter 45 (Fassung) eingesetzt und dort mit Hilfe einer Kleberschicht 43 fixiert. Ein sich konisch verjüngender Volumenbereich 34a des Grundkörpers der Plankonvexlinse 33 taucht mit seiner Stirnseite 35a in die Immersionsflüssigkeit 31 ein. Die Stirnseite 35a der Plankonvexlinse 33 bildet hierbei die Lichtaustrittsfläche, während eine sich an die Stirnseite 35a anschließende umlaufende Mantelfläche 35b des konisch zulaufenden Volumenbereichs 34a sowie ein sich an diese anschließender planer Oberflächenbereich 35b mattiert und daher nicht für den Lichtdurchtritt vorgesehen sind.
Eine umlaufende (Form-)Dichtung 47 mit im Wesentlichen dreieckförmigem Querschnitt ist zwischen dem planen Oberflächenbereich 35c und einem Ende einer Düse 46 angebracht, welche der Zu- bzw. Abführung der Immersionsflüssigkeit 31 dient. Die Formdichtung 47 ist aus einem hydrophoben Material hergestellt, und zwar aus einem (elastischen) Fluorpolymer. Durch die Dichtung 41 wird verhindert, dass Wasser in das Projektionsobjektiv 11 und/oder in den Bereich der Seitenfläche der Plankonvexlinse 33 gelangen kann, an welcher die Kleberschicht 43 aufgebracht ist. Es versteht sich, dass die Dichtung 47 auch eine andere Querschnittsgeometrie aufweisen kann und z. B. als O-Ring, d. h. mit einem kreisförmigen Querschnitt, ausgebildet sein kann.
Beim Betrieb des Projektionsobjektivs 11 kann es insbesondere entlang der Mantelfläche 35b sowie des planen Oberflächenbereichs 35c der Plankonvexlinse 33 zu einer ungewollten Benetzung mit der Immersionsflüssigkeit 31 bzw. mit einzelnen Tröpfchen der Immersionsflüssigkeit 31 kommen. Bei der Verdunstung dieser Tröpfchen kann Verdunstungskälte entstehen, die zu einer Störung des Temperaturgleichgewichts innerhalb des optisch genutzten Volumenbereichs im Grundkörper 34 der Plankonvexlinse 33 und damit zu Abbildungsfehlern führen kann.
Um die Auswirkungen der Benetzung auf den optisch genutzten Volumenbereich möglichst gering zu halten, sind in einem oberflächennahen Volumenbereich 34b, der sich entlang der Mantelfläche 35b sowie entlang des planen Oberflächenbereichs 35c der Plankonvexlinse 33 erstreckt, Mikroblasen 39 gebildet. Die Mikroblasen 39 können durch Bestrahlen des Quarzglas-Materials des Grundkörpers 34 mit intensiver Laserstrahlung hergestellt werden. Die Bedingungen bei der Bestrahlung können hierbei so gewählt bzw. optimiert werden, dass in der Nähe der Blasen/Risse die Spannungen in dem oberflächennahen Volumenbereich möglichst gering sind. Insbesondere können die Bestrahlungsparameter so gewählt werden, dass sich der oberflächennahe Volumenbereich 34b nicht mehr als ca. 5 mm, bevorzugt nicht mehr als ca. 3 mm in den Grundkörper 34 der Plankonvexlinse 33 hinein erstreckt. Es versteht sich, dass anders als in 2 gezeigt sich der Abschnitt 34b mit den Mikrobläschen 39 nicht zwingend bis an den seitlichen Rand der Plankonvexlinse 33 erstrecken muss, da der radial außen liegende Teil des planen Oberflächenbereichs 35c sich außerhalb des von der Formdichtung 47 umgebenen Bereichs befindet, so dass dort typischer Weise keine Benetzung mit der Immersionsflüssigkeit 31 auftritt.
Die Mikroblasen 39 bilden Hohlräume, in denen sich Gase sammeln können, welche eine deutlich geringere Wärmeleitfähigkeit als das Quarzglas-Material selbst aufweisen. Die Blasen 39 führen somit zu einer Verringerung der thermischen Leitfähigkeit des Quarzglas-Materials in dem oberflächennahen Volumenbereich 34b gegenüber dem restlichen Volumen des Quarzglas-Grundkörpers 34. Die Wärmeleitfähigkeit sinkt hierbei entsprechend dem Anteil des Volumens der Mikroblasen 39 am Quarzglas-Volumen und kann z. B. bei weniger als ca. 80%, bevorzugt bei weniger als ca. 50%, insbesondere bei weniger als 40% der thermischen Leitfähigkeit des Quarzglas-Materials ohne Mikrobläschen (von ca. 1,2 bis 1,4 W/(m K)) liegen.
Eine weitere Möglichkeit, um den optisch genutzten Volumenbereich des Grundkörpers 34 vor thermischen Einflüssen bei der Benetzung zu schützen ist in 3 dargestellt. Dort ist eine dünne (Dicke < ca. 3 mm) thermisch isolierende Folie 49 im Bereich der Mantelfläche 35b sowie des planen Oberflächenbereichs 35c vorgesehen. Die thermisch isolierende Folie 49 besteht im vorliegenden Beispiel aus Polyethylen, welches (nicht gezeigte) geschlossene Poren aufweist, in denen ein Gas eingeschlossen ist, was die geringe Wärmeleitfähigkeit der Folie 49 bewirkt. Um das organische Material der Folie 49 vor UV-Strahlung aus dem Inneren der Plankonvexlinse 33 zu schützen, ist auf den Grundkörper 34 im Bereich der Mantelfläche 34b sowie des planen Oberflächenbereichs 34c eine Strahlungs-Schutzschicht 41 aufgebracht, die für Strahlung bei der Betriebswellenlänge des Projektionsobjektivs 11 undurchlässig ist, d. h. sie weist beispielsweise eine Absorptionskante bei ca. 260 nm oder größeren Wellenlängen (bei 248 nm Betriebswellenlänge) oder ggf. bei ca. 220 nm oder größeren Wellenlängen (bei 193 nm Betriebswellenlänge) sowie eine ausreichende Dicke auf, um Strahlung bei der Betriebswellenlänge wirksam abzuschirmen.
Die Folie 49 ist im vorliegenden Beispiel auf die UV-Strahlung absorbierende Schutzschicht 41 aufgeklebt. Die Schutzschicht 41 erstreckt sich hierbei über den Rand der Folie 49 hinaus in den Bereich der Seitenfläche der Plankonvexlinse 33 hinein, um auch die Kleberschicht 43 vor der Einwirkung von UV-Strahlung zu schützen. An Stelle einer (flexiblen) Folie 49 kann auch eine im Wesentlichen starre Hülle verwendet werden, deren Geometrie möglichst passgenau an die Geometrie der Plankonvexlinse 33 angepasst wird, um diese z. B. durch Aufstecken, d. h. ohne eine stoffschlüssige Verbindung an der Plankonvexlinse 33 zu befestigen.
In 4a, b ist eine weitere Möglichkeit zur thermischen Isolierung der Plankonvexlinse 33 dargestellt, bei der eine thermisch isolierende Beschichtung 57 verwendet wird, die im vorliegenden Beispiel auf den planen Oberflächenbereich 35c des Grundköpers 34 aufgebracht ist. Die Beschichtung 57 weist strukturierte thermisch isolierende Schichten 55 auf, die im Wesentlichen aus Säulen 54 bestehen, zwischen denen Hohlräume bzw. offene Poren 58 gebildet sind. Auf eine thermisch isolierende Schicht 55 ist jeweils eine metallische Deckschicht 56 aufgebracht, die zum fluiddichten Verschließen der Poren 58 dient. Die Verwendung von metallischen Deckschichten 56 hat den Vorteil, dass das metallische Material Strahlung reflektiert, so dass auch die Deckschichten 56 eine thermisch isolierende Wirkung aufweisen. Es versteht sich, dass die Deckschichten 56 auch zur Stabilisierung der Beschichtung 57 dienen.
Die Säulen bzw. die säulenförmigen Strukturen 54 der in 4a gezeigten Beschichtung 57 werden durch Abscheidung eines jeweiligen Schichtmaterials aus der Gasphase erzeugt. Als Materialen für die thermisch isolierenden Schichten 54 kommen nur solche Materialien in Frage, die sich für das Aufbringen in einer Bedampfungsanlage eignen, d. h. insbesondere anorganische chemische Elemente bzw. deren Oxide oder Fluoride.
Zur Erzeugung der Säulen 54 bzw. der stegartigen Strukturen wird die Oberfläche 53c des Grundkörpers 34, an welcher die Beschichtung 57 gebildet werden soll, zur Richtung des Partikelstroms, die in 4a durch zwei gestrichelte Pfeile angedeutet ist, unter einem verhältnismäßig großen Winkel α₂ (Aufdampfwinkel) von typischer Weise 30° oder mehr, ggf. 45° oder mehr, ausgerichtet. Während des Beschichtungsprozesses wird nach und nach an der Oberfläche 35c bzw. an einer jeweiligen Deckschicht 56 Material aus der Gasphase abgeschieden, wobei sich nach einer gewissen Zeit in dem Bereich, in dem die Säulen 54 gebildet werden, eine Menge des Schichtmaterials ansammelt, die so groß ist, dass der hinter dem Schichtmaterial befindliche Bereich der Oberfläche 35c bzw. der Deckschicht 56 abgeschattet wird und nicht mehr vom einfallenden Teilchenstrom getroffen wird, so dass sich dort ein Zwischenraum 58 ausbildet.
Die Deckschichten 56 können auf die strukturierten Schichten 55 z. B. in Form einer dünnen Metallfolie aufgebracht werden. Es ist aber günstiger, wenn auch die Deckschichten 56 durch eine Abscheidung aus der Gasphase aufgebracht werden, so dass die gesamte Beschichtung 57 in ein- und derselben Beschichtungsanlage hergestellt werden kann, insbesondere wenn die Poren eine sehr geringe laterale Ausdehnung (im Nanometer-Bereich) aufweisen. Es versteht sich, dass die Beschichtungsanlage zur Einstellung der Ausrichtung des optischen Elements 33 relativ zum Teilchenstrom mit einer verschwenkbaren Aufnahme bzw. Halterung versehen sein.
Es versteht sich auch, dass typischer Weise die Beschichtung 57 nicht nur aus zwei Paaren von thermisch isolierenden Schichten 55 und auf diese aufgebrachten Deckschichten 57 besteht, sondern dass in der Regel eine Mehrzahl von Schichtpaaren 55, 57, z. B. fünf, zehn, oder fünfzehn Schichtpaare 55, 57 aufgebracht werden, um eine möglichst gute thermische Isolierung zu erhalten. Für die einzelnen thermisch isolierenden Schichten 55 können sowohl unterschiedliche Schichtmaterialien als auch unterschiedliche Beschichtungsparameter, z. B. unterschiedliche Aufdampfwinkel α₁, α₂ gewählt werden. Es versteht sich, dass bei der Darstellung von 4a eine Skala verwendet wurde, welche die Verhältnisse stark schematisch im Mikrometer-Bereich beschreibt, d. h. die Größe der Zwischenräume bzw. Poren 58 von 4a liegt ebenfalls im Mikrometer-Bereich.
4b zeigt eine Beschichtung 57, die der in 4a gezeigten Beschichtung ähnlich ist, bei der die Säulen 54 aber im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche 35c des Grundkörpers 34 verlaufen. Eine solche Beschichtung 57 kann durch einen Lithographieprozess hergestellt werden, bei dem zunächst eine Schicht aus dem Material, welches später die thermisch isolierende Schicht 55 bilden soll, aufgebracht wird. Diese Schicht 55 wird in einem herkömmlichen Lithographieprozess strukturiert, d. h. es wird zunächst auf das Schichtmaterial eine lichtempfindliche Schicht aufgebracht und durch den Lithographieprozess an den gewünschten Stellen belichtet. In einem nachfolgenden Ätzprozess wird das Schichtmaterial in den Bereichen abgeätzt, in denen sich die Zwischenräume 58 befinden, so dass sich die in 4b gezeigte Struktur mit Zwischenräumen 58 und Säulen 54 ausbildet. Die Deckschicht 56 kann mittels Abscheidung aus der Gasphase oder ggf. auf andere Weise aufgebracht werden.
5 und 6 zeigen den austrittsseitigen Teilbereich eines Projektionsobjektivs einer Projektionsbelichtungsanlage, in welcher zusätzlich zur Plankonvexlinse 33 (vgl. 2 bzw. 3) noch ein weiteres zum Substrat benachbartes optisches Element 53 in Form einer planparallelen Abschlussplatte 51 vorgesehen ist, deren konischer Volumenbereich 51a ebenfalls in die Immersionsflüssigkeit 31 eintaucht, so dass dessen plane Stirnseite 53a von der Immersionsflüssigkeit 31 benetzt wird.
Auch an der Planplatte 51 ist außerhalb des optisch freien Durchmessers, d. h. an der Mantelfläche 53b des konischen Volumenbereichs 51a sowie an der diesen umgebenden planen Oberfläche 53c eine thermisch isolierende Schicht 60 gebildet, die im vorliegenden Beispiel aus einem strukturierten Material in Form eines Block-Copolymers, z. B. in Form von Polystyren-Block-Polymethylmetacrylat (PS-Block-PMMA) besteht, in dem so genannte „airgaps”, d. h. (nicht gezeigte) gegenüber der Umgebung abgeschlossene (zylindrische) Hohlräume mit Durchmessern im Nanometer-Bereich gebildet sind. Die Strukturierung der thermisch isolierenden Schicht 60 kann in einem Selbstorganisationsprozess erfolgen, wie z. B. unter „http://www-03.ibm.com/press/us/en/pressrelease/21473.wss" beschrieben ist, vgl. auch „The Ultimate Dielectric is... Nothing" von S. Adee, IEEE Spectrum, Vol. 45, Issue 1, January 2008, Seite 39ff, sowie "Rapid Directed Assembly of Block Copolymer Films at Elevated Temperatures", von A. M. Welander et al., Macromolecules, 2008, 41 (8), Seiten 2759–2761.
Eine weitere Möglichkeit zur thermischen Isolierung des durchstrahlten Volumens sowohl der Plankonvexlinse 34 als auch der Planplatte 51 ist in 6 dargestellt. Dort ist auf die Mantelfläche 53b des konischen Volumenbereichs 52a sowie auf den sich an diesen anschließenden planen Oberflächenbereich 53c ein Aerogel 61 aus einem Silikat-Material aufgebracht, welches eine hydrophobe Terminierung aufweist, d. h. an der mit der Immersionsflüssigkeit 31 (Wasser) in Kontakt kommenden Außenseite des Aerogels 61 wurden die typischer Weise herstellungsbedingt vorhandenen Hydroxyl-Gruppen in unpolare Gruppen umgewandelt, wie dies z. B. unter „http://eetd.lbl.gov/ecs/aerogels/sa-chemistry.html" beschrieben ist. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass das Aerogel 61 bei der Benetzung mit Wasser irreparabel geschädigt wird.
Da die zur hydrophoben Terminierung benötigten Substanzen in der Regel organisch sind und daher unter intensiver UV-Bestrahlung in der Regel nicht langzeitstabil sind, ist das hydrophobe Aerogel 61 auf eine UV-beständige und UV-Strahlung absorbierende Schicht 41 aufgebracht, welche Streustrahlung aus dem Inneren der Planplatte 51 absorbiert. Es versteht sich aber, dass auf die UV-Strahlung absorbierende Schutzschicht 41 ggf. auch verzichtet werden kann, wenn an dem Aerogel 61 eine UV-Beständige hydrophobe Terminierung vorgenommen wird oder wenn das Aerogel 61 mit einer (nicht gezeigten) Deckschicht versehen wird.
Bei dem in 6 gezeigten Beispiel wurde wegen der hydrophoben Terminierung des Aerogels 61 auf eine Dichtung zwischen der Planplatte und dem Bereich der Seitenfläche des Grundkörpers 52, an dem der Kleber 43 eingebracht ist, verzichtet, da die hydrophoben Eigenschaften des Aerogels 61 ein Vordringen von Immersionsflüssigkeit in den Bereich der Kleberschicht 43 vermeiden sollen. Es versteht sich aber, dass auch beim Vorhandensein eines hydrophob terminierten Aerogels 61 ggf. zusätzlich eines oder mehrere Dichtungselemente vorgesehen werden können, um das Eindringen der Immersionsflüssigkeit 31 in den Bereich der Fassung bzw. in das Innere des Projektionsobjektivs 11 zu verhindern.
Auf die UV-Strahlung absorbierende Schicht 41 kann typischer Weise auch verzichtet werden, wenn an dem Aerogel 61 keine hydrophobe Terminierung durchgeführt wird. Dies ist der Fall, wenn an Stelle von Wasser eine weitgehend unpolare Immersionsflüssigkeit 31 eingesetzt wird, z. B. in Form einer hochbrechenden organischen Flüssigkeit. Beispiele für solche unpolare Immersionsflüssigkeiten finden sich beispielsweise in der eingangs erwähnten US 7,738,187 B2 , welche durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht wird. Für die Benetzung mit einer unpolaren Immersionsflüssigkeit 31 kann ein Aerogel verwendet werden, welches in einem herkömmlichen Herstellungsprozess (Sol-Gel-Prozess) erzeugt wird, da dieses in der Regel eine Terminierung mit OH-Gruppen aufweist und somit hydrophile Eigenschaften besitzt, ohne dass eine zusätzliche Oberflächenbehandlung erforderlich ist. Es versteht sich, dass an Stelle eines Aerogels auf Silikatbasis (SiO₂) auch andere Basismaterialien, z. B. Al₂O₃, zur Herstellung des Aerogels verwendet werden können. Auch kann gegebenenfalls auf das thermisch isolierende Aerogel eine Deckschicht aufgebracht werden, um das Eindringen der Immersionsflüssigkeit 31 in die Poren des Aerogels zu unterbinden.
Bei den in 5 und 6 dargestellten Beispielen wurden die Verwendung einer geschlossenporigen Schicht 60, einer Aerogel-Schicht 61 sowie einer Strahlungs-Schutzschicht 41 beschrieben. Es versteht sich aber, dass an Stelle einer einzelnen Schicht jeweils eine Beschichtung, d. h. ein Schichtsystem mit mehreren Schichten, verwendet werden können. Auch können die optischen Komponenten 33, 51 mit weiteren Beschichtungen bzw. Schichten versehen werden, z. B. mit einer reflexionsvermindernden Beschichtung im Bereich der Stirnseite 35a, 53a, d. h. im Bereich innerhalb des optisch freien Durchmessers. Eine solche Antireflexbeschichtung besteht üblicherweise aus mehreren Schichten, bei denen sich Materialien mit hohen und mit niedrigem Brechungsindex abwechseln und welche zum Schutz vor Degradation durch Wasser mit einer obersten Schicht („capping layer”) beispielsweise aus SiO₂ oder Teflon versehen sein kann. Es versteht sich auch, dass anders als in
5 und 6 gezeigt auch unterschiedliche Immersionsflüssigkeiten zur Benetzung der Plankonvexlinse 33 und der Planplatte 51 Verwendung finden können.
Die thermische Isolation an der Planplatte 51 kann nicht nur an der Seite mit dem konisch geformten Volumenbereich 52a angebracht sein, eine thermische Isolation kann vielmehr auch an derjenigen Seite der Planplatte 51 vorgesehen werden, welche der Plankonvexlinse 33 zugewandt ist, da auch die plane Oberfläche 53d an der Oberseite der Planplatte 51 der Immersionsflüssigkeit 31 ausgesetzt ist. Es versteht sich, dass auch in diesem Fall die thermisch isolierende Schicht bzw. Beschichtung sich nicht in den Bereich des optisch genutzten Durchmessers hinein erstrecken sollte.
Auf die oben beschriebene Weise kann die Wärmeleitung zwischen einer mit einer Flüssigkeit bzw. einer mit Flüssigkeitströpfchen benetzten Oberfläche und dem optisch genutzten Volumenbereich eines optischen Elements wirksam reduziert werden, so dass die Benetzung des optischen Elements mit Flüssigkeit sich nicht bzw. nur geringfügig auf die Temperatur in dem durchstrahlten Volumenbereich auswirken kann. Insbesondere hat es sich zur Reduzierung des Wärmeflusses hierbei als günstig erwiesen, wenn der Abschnitt bzw. die Beschichtung eine Dicke von mindestens 0,2 mm, ggf. von 0,5 mm oder sogar von mehr als 1 mm aufweist.
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 2009/0233233 A1 [0004, 0027]
EP 1760528 A2 [0004, 0027]
US 7738187 B2 [0005, 0064]
US 6017814 [0024]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

„http://www-03.ibm.com/press/us/en/pressrelease/21473.wss” [0018]
„The Ultimate Dielectric is... Nothing” von S. Adee, IEEE Spectrum, Vol. 45, Issue 1, January 2008, Seite 39ff [0018]
”Rapid Directed Assembly of Block Copolymer Films at Elevated Temperatures”, von A. M. Welander et al., Macromolecules, 2008, 41 (8), Seiten 2759–2761 [0018]
„http://de.wikipedia.org/wiki/Aerogel” [0020]
„http://eetd.lbl.gov/ecs/aerogels/sa-chemistry.html” [0021]
”Hydrophobic waterglass based aerogels without solvent exchange or supercritical drying” von F. Schwertfeger et al., Journal of Non-Crystalline Solids, Vol. 225, April 1998, Seiten 24–29 [0021]
„http://www-03.ibm.com/press/us/en/pressrelease/21473.wss” [0060]
„The Ultimate Dielectric is... Nothing” von S. Adee, IEEE Spectrum, Vol. 45, Issue 1, January 2008, Seite 39ff [0060]
”Rapid Directed Assembly of Block Copolymer Films at Elevated Temperatures”, von A. M. Welander et al., Macromolecules, 2008, 41 (8), Seiten 2759–2761 [0060]
„http://eetd.lbl.gov/ecs/aerogels/sa-chemistry.html” [0061]

Claims

Optisches Element (33, 51), umfassend: einen Grundkörper (34, 52) mit einem optisch genutzten Volumenbereich zur Transmission von UV-Strahlung, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (33, 51) einen Abschnitt (34b, 49, 57, 60, 61) mit einer gegenüber dem optisch genutzten Volumenbereich des Grundkörpers (34, 52) reduzierten Wärmeleitfähigkeit aufweist.
Optisches Element nach Anspruch 1, bei dem der Abschnitt (34b, 49, 57, 60, 61) eine Dicke von mindestens 0,2 mm aufweist.
Optisches Element nach Anspruch 1 oder 2, bei dem in dem Abschnitt (34b, 49, 57, 60, 61) Hohlräume (39, 58) vorgesehen sind.
Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Abschnitt durch einen oberflächennahen Volumenbereich (34b) des Grundkörpers (34) gebildet ist.
Optisches Element nach Anspruch 4, bei dem in dem oberflächennahen Volumenbereich (34b) Hohlräume in Form von Mikroblasen (39) gebildet sind.
Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Material des Grundkörpers (34) Quarzglas ist.
Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der thermisch isolierende Abschnitt als mindestens eine thermisch isolierende Schicht (49, 55, 60, 61) ausgebildet ist, die auf eine Oberfläche (35b, 35c; 53b, 53c) des Grundkörpers (34) aufgebracht ist.
Optisches Element nach Anspruch 7, bei dem die thermisch isolierende Schicht als thermisch isolierende Folie (49) oder Hülle ausgebildet ist.
Optisches Element nach Anspruch 7 oder 8, bei dem die thermisch isolierende Schicht (49, 60) geschlossene Poren aufweist.
Optisches Element nach Anspruch 7 oder 8, bei dem die thermisch isolierende Schicht (55, 60, 61) offene Poren (58) aufweist.
Optisches Element nach Anspruch 10, bei dem die thermisch isolierende Schicht aus einem Aerogel (61) hergestellt ist.
Optisches Element nach Anspruch 11, bei dem das Aerogel (61) hydrophobe Eigenschaften aufweist.
Optisches Element nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei dem zum flüssigkeitsdichten Verschließen der offenen Poren (58) auf die thermisch isolierende Schicht (55) eine Deckschicht (56) aufgebracht ist.
Optisches Element nach Anspruch 13, bei dem die Deckschicht (56) aus einem metallischen Material gebildet ist.
Optisches Element nach Anspruch 13 oder 14, bei dem die thermisch isolierende Schicht (55) eine Struktur mit einer Mehrzahl von in Dickenrichtung verlaufenden Säulen (54) aufweist, zwischen denen die Poren (58) gebildet sind.
Optisches Element nach Anspruch 15, bei dem die Säulen (54) unter einem Winkel (α₁, α₂) von mehr als 30° zur Normalenrichtung der Oberfläche (35c) des Grundkörpers (34) geneigt sind, auf welche die thermisch isolierende Schicht (55) aufgebracht ist.
Optisches Element nach einem der Ansprüche 7 bis 16, bei dem zwischen der thermisch isolierenden Schicht (49, 61) und der Oberfläche (35b, 35c; 53b, 53c) des Grundkörpers (34) mindestens eine UV-Strahlung absorbierende Schicht (41) angeordnet ist.
Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der thermisch isolierende Abschnitt an einer Mantelfläche (35b, 53b) eines konisch geformten Volumenbereichs (34a, 52a) des Grundkörpers (34, 52) und/oder an einem an den konisch geformten Volumenbereich (34a, 52a) angrenzenden planen Oberflächenbereich (35c, 53c) gebildet ist.
Projektionsobjektiv (11) zur Abbildung einer Struktur auf ein lichtempfindliches Substrat (21), umfassend: mindestens ein optisches Element (33, 51) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Projektionsobjektiv nach Anspruch 19, bei dem das optische Element (33, 51) benachbart zum lichtempfindlichen Substrat (21) angeordnet ist.
Projektionsbelichtungsanlage (1) für die Immersions-Lithographie, umfassend: ein Beleuchtungssystem (5), ein Projektionsobjektiv (11) nach Anspruch 19 oder 20, ein lichtempfindliches Substrat (21), sowie eine Immersionsflüssigkeit (31), die zwischen dem lichtempfindlichen Substrat (21) und einem benachbart zum Substrat (17) angeordneten optischen Element (33, 51) eingebracht ist.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 21, bei der das optische Element (33, 51) zumindest an einer Stirnseite (35a, 53a) des konisch geformten Volumenbereichs (34b, 52b) in die Immersionsflüssigkeit (31) eintaucht.