DE102012201075A1

DE102012201075A1 - Optische Anordnung, EUV-Lithographieanlage und Verfahren zum Konfigurieren einer optischen Anordnung

Info

Publication number: DE102012201075A1
Application number: DE102012201075A
Authority: DE
Inventors: Norman Baer; Toralf Gruner; Ulrich Löring
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2012-01-25
Filing date: 2012-01-25
Publication date: 2013-07-25
Also published as: WO2013110518A1; US20140300876A1; CN104081284B; KR102073038B1; JP2015510262A; KR20140126304A; CN104081284A; US9671703B2; JP6270740B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine optische Anordnung, insbesondere ein Projektionsobjektiv für die Mikrolithographie, umfassend: mindestens ein optisches Element (21), welches eine optische Oberfläche (31a) sowie ein Substrat (32) umfasst, wobei das Substrat (32) aus einem Material gebildet ist, dessen temperaturabhängiger thermischer Ausdehnungskoeffizient bei einer auf eine Referenztemperatur Tref bezogenen Nulldurchgangs-Temperatur ΔTZC = TZC – Tref gleich Null ist, wobei die optische Oberfläche (31a) im Betrieb der optischen Anordnung eine von einer lokalen Bestrahlungsdichte (5a) abhängige, auf die Referenztemperatur Tref bezogene ortsabhängige Temperaturverteilung ΔT(x, y) mit einer mittleren Temperatur ΔTav, einer minimalen Temperatur ΔTmin und einer maximalen Temperatur ΔTmax aufweist, wobei die mittlere Temperatur ΔTav kleiner ist als der aus der minimalen Temperatur ΔTmin und der maximalen Temperatur ΔTmax gebildete Mittelwert 1/2(ΔTmax + ΔTmin), und wobei die Nulldurchgangs-Temperatur ΔTZC größer ist als die mittlere Temperatur ΔTav. Die Erfindung betrifft ebenfalls eine EUV-Lithographieanlage mit einer solchen optischen Anordnung in Form eines Projektionsobjektivs, sowie ein zugehöriges Verfahren zum Konfigurieren der optischen Anordnung.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine optische Anordnung, beispielsweise ein Projektionsobjektiv für die Mikrolithographie, insbesondere für die EUV-Lithographie, eine EUV-Lithographieanlage mit einem solchen Projektionsobjektiv, sowie ein Verfahren zum Konfigurieren einer optischen Anordnung.
In optischen Anordnungen für die EUV-Lithographie werden reflektierende optische Elemente (Spiegel) eingesetzt, die eine dielektrische Beschichtung aufweisen. Derartige Spiegel weisen eine Reflektivität von typischer Weise weniger als 70% für die auftreffende EUV-Strahlung auf, so dass ein erheblicher Strahlungsanteil von den Spiegeln absorbiert und in Wärme umgesetzt wird. Materialien, die als Substrate für Spiegel in der EUV-Lithographie verwendet werden, dürfen aufgrund der extrem hohen Anforderungen an geometrische Toleranzen und Stabilität, die an die Spiegel-Oberflächen insbesondere in dort verwendeten Projektionsobjektiven zu stellen sind, im Bereich der dort verwendeten Betriebstemperaturen nur einen sehr geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten („coefficient of thermal expansion”, CTE) aufweisen. Um dies zu erreichen weise die in der EUV-Lithographie verwendeten Substrat-Materialien typischer Weise zwei Konstituenten auf, deren thermische Ausdehnungskoeffizienten eine gegenläufige Abhängigkeit von der Temperatur haben, so dass sich die thermischen Ausdehnungskoeffizienten bei den im Betrieb der EUV-Lithographieanlage an den Spiegeln auftretenden Temperaturen nahezu vollständig kompensieren.
Eine erste Materialgruppe, welche die hohen Anforderungen an den CTE für EUV-Anwendungen erfüllt, sind dotierte Silikatgläser, z. B. mit Titandioxid dotiertes Silikat- bzw. Quarzglas, das typischer Weise einen Silikatglasanteil von mehr als 80% aufweist. Ein solches auf dem Markt erhältliches Silikatglas wird von der Fa. Corning Inc. unter dem Handelsnamen ULE^® (Ultra Low Expansion glass) vertrieben. Es versteht sich, dass TiO₂-dotiertes Quarzglas ggf. auch mit weiteren Materialien dotiert sein kann, z. B. mit Materialien, welche die Viskosität des Glases reduzieren, wie dies z. B. in der US 2008/0004169 A1 dargestellt ist. Dort werden u. a. Alkalimetalle verwendet, um die Auswirkungen von Schlieren („striae”) in dem Glasmaterial zu verringern.
Eine zweite Materialgruppe, die als Substrate für EUV-Spiegel geeignet sind, stellen Glaskeramiken dar, bei denen das Verhältnis der Kristallphase zur Glasphase so eingestellt wird, dass sich die thermischen Ausdehnungskoeffizienten der unterschiedlichen Phasen nahezu aufheben. Solche Glaskeramiken werden z. B. unter den Handelsnamen Zerodur^® von der Fa. Schott AG bzw. unter dem Handelsnamen Clearceram^® von der Fa. Ohara Inc. angeboten.
Die Abhängigkeit der thermischen Ausdehnung (Längenänderung) der oben beschriebenen Materialien von der Temperatur ist im relevanten Temperaturbereich näherungsweise parabelförmig, d. h. es existiert ein Extremum der thermischen Ausdehnung bei einer bestimmten Temperatur. Die Ableitung der thermischen Ausdehnung von Nullausdehnungsmaterialien nach der Temperatur (d. h. der thermische Ausdehnungskoeffizient) ist in diesem Bereich näherungsweise linear von der Temperatur abhängig und wechselt bei der Temperatur, bei welcher die thermische Ausdehnung extremal ist, das Vorzeichen, weshalb diese Temperatur als Nulldurchgangs-Temperatur („zero crossing temperature”, ZCT) bezeichnet wird. Nur für den Fall, dass die Betriebs- bzw. Arbeitstemperatur des Substrats mit der Nulldurchgangs-Temperatur zusammenfällt, ist somit die thermische Ausdehnung minimal.
Die Nulldurchgangs-Temperatur lässt sich bei der Herstellung der Substrat-Materialien bzw. der Rohlinge in gewissen Grenzen einstellen, beispielsweise indem geeignete Parameter beim Tempern gewählt werden oder im Fall von TiO₂-dotiertem Quarzglas durch das Einstellen des Titandioxid-Anteils, welcher bei der Herstellung des Quarzglases verwendet wird. Die Nulldurchgangs-Temperatur im Substrat und insbesondere in der Nähe der optischen Oberfläche wird hierbei typischer Weise möglichst homogen eingestellt.
Die im Betrieb der Spiegel auf die optischen Oberflächen auftreffende Strahlungsintensität bzw. Bestrahlungsdichte ist jedoch nicht homogen und variiert ortsabhängig, wodurch auch die resultierende Temperaturverteilung an der optischen Oberfläche inhomogen ist. Somit lässt sich die Bedingung, dass die Betriebstemperatur mit der Nulldurchgangs-Temperatur übereinstimmt, nicht an der gesamten Oberfläche erfüllen, so dass diese im Betriebsfall nicht vollständig temperaturunempfindlich und damit deformationsfrei ist. Bei kleinen Abweichungen der Betriebstemperatur von der Nulldurchgangs-Temperatur ist der thermische Ausdehnungskoeffizient zwar immer noch gering, nimmt aber mit zunehmender Temperaturdifferenz zur Nulldurchgangs-Temperatur weiter zu, was zu Deformationen der reflektierenden Oberfläche aufgrund der lokal unterschiedlichen Längenausdehnung und zu deformationsbedingten Wellenfrontfehlern führen kann.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, eine optische Anordnung, eine EUV-Lithographieanlage sowie ein Verfahren zum Konfigurieren einer optischen Anordnung bereitzustellen, bei denen die Betriebstemperatur (bzw. die mittlere Temperatur) und die Nulldurchgangs-Temperatur mindestens eines, insbesondere aller optischer Elemente so aufeinander abgestimmt sind, dass Wellenfrontfehler verringert bzw. minimiert werden.
Gegenstand der Erfindung
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine optische Anordnung, beispielsweise ein Projektionsobjektiv für die Mikrolithographie, insbesondere für die EUV-Lithographie, umfassend: mindestens ein optisches Element, welches eine optische Oberfläche sowie ein Substrat umfasst, wobei das Substrat aus einem Material gebildet ist, dessen temperaturabhängiger thermischer Ausdehnungskoeffizient bei einer auf eine Referenztemperatur bezogenen Nulldurchgangs-Temperatur gleich Null ist, wobei die optische Oberfläche im Betrieb der optischen Anordnung eine von einer lokalen Bestrahlungsdichte abhängige, auf die Referenztemperatur bezogene ortsabhängige Temperaturverteilung mit einer mittleren Temperatur, einer minimalen Temperatur und einer maximalen Temperatur aufweist, wobei die mittlere Temperatur kleiner ist als der Mittelwert der minimalen Temperatur und der maximalen Temperatur, und wobei die Nulldurchgangs-Temperatur größer ist als die mittlere Temperatur.
Eigentlich würde man erwarten, dass zur Minimierung von Wellenfrontfehlern die Nulldurchgangs-Temperatur und die mittlere Temperatur an der optischen Oberfläche übereinstimmen sollten. Die Erfinder haben herausgefunden, dass eine solche Wahl zwar günstig ist, wenn es sich bei der Häufigkeitsverteilung der Temperatur an der Oberfläche um eine zur mittleren Temperatur der Oberfläche symmetrische Verteilung handelt (z. B. eine Gauß-Verteilung). Ist die Häufigkeitsverteilung asymmetrisch, d. h. weicht das arithmetische Mittel aus der maximalen und minimalen Temperatur von der mittleren Temperatur ab (welche durch Integration der ortsabhängigen Temperaturverteilung über die Oberfläche bestimmt wird), ist es zur Reduzierung von Wellenfrontaberrationen günstiger, wenn die mittlere Temperatur nicht mit der Nulldurchgangs-Temperatur übereinstimmt.
Die Abhängigkeit ist hierbei derart, dass bei einer Häufigkeitsverteilung der Temperatur, bei welcher der mittlere Temperatur unter dem arithmetischen Mittel aus maximaler und minimaler Temperatur liegt, die mittlere Temperatur kleiner als die Nulldurchgangs-Temperatur zu wählen ist, wohingegen im umgekehrten Fall, d. h. wenn die mittlere Temperatur größer als das arithmetische Mittel aus minimaler Temperatur und maximaler Temperatur, die mittlere Temperatur ggf. größer als oder gleich groß wie die Nulldurchgangs-Temperatur gewählt werden sollte. Nachfolgend wird beschrieben, dass der erste Fall insbesondere bei pupillennahen optischen Elementen von Projektionsobjektiven für die EUV-Lithographie auftreten kann. Es versteht sich, dass die Häufigkeitsverteilung und die ortsabhängige Verteilung der Temperatur nicht identisch sind, so dass eine symmetrische (z. B. gaußförmige) ortsabhängige Temperaturverteilung an der optischen Oberfläche nicht zu einer symmetrischen Häufigkeitsverteilung der Temperaturwerte an der Oberfläche führt und umgekehrt.
Bei einer Ausführungsform weist die optische Anordnung eine Temperiereinrichtung zur Temperierung, insbesondere zur Heizung des optischen Elements, d. h. des Substrats bzw. der optischen Oberfläche, sowie eine Temperatur-Kontrolleinrichtung auf, die zur Einstellung, insbesondere zur Regelung der mittleren Temperatur (bzw. der Betriebstemperatur) an der optischen Oberfläche ausgebildet ist. Bei dieser Ausführungsform wird das optische Element, d. h. das Substrat oder ggf. direkt die optische Oberfläche temperiert (d. h. geheizt oder ggf. gekühlt). Dies ist günstig, um zeitabhängige (transiente) Temperaturschwankungen an der optischen Oberfläche zu reduzieren. Die Temperatur-Kontrolleinrichtung kann die Zufuhr von Wärme zu dem Substrat derart steuern bzw. regeln, dass eine mittlere Temperatur an dem optischen Element bzw. dem Substrat erreicht wird, die zu einer gewünschten mittleren Temperatur an der optischen Oberfläche des optischen Elements, insbesondere im optisch genutzten Oberflächenbereich führt, wobei die gewünschte Temperatur z. B. unterhalb der Nulldurchgangs-Temperatur liegen kann. Es versteht sich, dass für die optimale Steuerung der Wärmezufuhr die Strahlungsleistung, welche auf die optische Oberfläche bzw. auf das Substrat auftrifft, berücksichtigt werden muss. Gegebenenfalls können einer oder mehrere Temperatursensoren vorgesehen werden, welche die Temperatur des Substrats und/oder der optischen Oberfläche erfassen und welche von der Temperatur-Kontrolleinrichtung zur Temperatur-Regelung herangezogen werden können. Typischer Weise dient die Temperiereinrichtung der möglichst homogenen Aufheizung oder Kühlung des Substrats, ggf. kann das Substrat aber auch inhomogen aufgeheizt bzw. gekühlt werden, beispielsweise wenn mehrere unabhängig voneinander steuerbare Heiz- bzw. Kühlelemente vorgesehen sind. Die Temperatur des Substrats, die beim Temperieren eingestellt wird, stimmt im Allgemeinen nicht mit der mittleren Temperatur an der reflektierenden Oberfläche überein, da dort zusätzliche Wärmetransport-Effekte (z. B. durch Konvektion) auftreten können. Diese Effekte sollten bei der Einstellung der Temperatur des Substrats berücksichtigt werden, um die gewünschte mittlere Temperatur an der optischen Oberfläche zu erhalten. Gegebenenfalls kann auch eine Temperierung (typischer Weise Heizung) der optischen Oberfläche (bzw. des Substrats) durch zusätzliches Beaufschlagen der Oberfläche mit Wärmestrahlung, beispielsweise mit Infrarotstrahlung, erfolgen.
Bei einer Weiterbildung ist die Temperatur-Kontrolleinrichtung ausgebildet, eine Differenz zwischen der mittleren Temperatur und der Nulldurchgangs-Temperatur in Abhängigkeit von der lokalen Bestrahlungsdichte an der optischen Oberfläche einzustellen, d. h. es wird nicht nur die mittlere Temperatur geringer gewählt als die Nulldurchgangs-Temperatur, sondern es wird zusätzlich die Abweichung (Differenz) der mittleren Temperatur von der Nulldurchgangs-Temperatur in Abhängigkeit von der lokalen Bestrahlungsdichte festgelegt, welche sich auf die Häufigkeitsverteilung der Temperatur und somit auf die an der optischen Oberfläche hervorgerufenen Wellenfrontfehler auswirkt. Hierbei kann beispielsweise eine jeweilige lokale Bestrahlungsdichte einem jeweiligen Betriebsfall zugeordnet werden, der durch bestimmte Betriebsparameter (z. B. Beleuchtungseinstellungen, Strahlungsstärke der Lichtquelle etc.) charakterisiert ist.
Die Zuordnung zwischen dem Betriebsfall bzw. den Betriebsparametern und der jeweils zu verwendenden Differenz kann in der Temperatur-Kontrolleinrichtung erfolgen, indem die entsprechende Zuordnung dort hinterlegt bzw. gespeichert wird. Auf diese Weise kann die Temperatur-Kontrolleinrichtung den zugehörigen Wert für die Differenz z. B. aus einer Tabelle entnehmen und direkt einstellen. Alternativ oder zusätzlich kann die ortsabhängige Temperaturverteilung auch während des Betriebes gemessen oder simuliert werden und es kann die Häufigkeitsverteilung der Temperatur, deren Eigenschaften und deren Auswirkungen auf die Form der Oberfläche bzw. den Wellenfrontfehler bestimmt bzw. berechnet werden. In jedem Fall ist die Temperatur-Kontrolleinrichtung ausgebildet bzw. programmiert, die mittlere Temperatur an den jeweiligen Anwendungsfall anzupassen.
Die Differenz zwischen der Nulldurchgangs-Temperatur und der Betriebstemperatur, d. h. beispielsweise der mittleren Temperatur an der optischen Oberfläche, kann hierbei insbesondere so eingestellt werden, dass ein Maß für den Wellenfrontfehler an der optischen Oberfläche minimiert ist. Die jeweils zu wählende Differenz hängt von dem Maß für den Wellenfrontfehler ab, welches minimiert werden soll.
Wie weiter unten gezeigt wird, kann zur Minimierung des RMS-Werts der Oberfläche die Differenz zwischen der Nulldurchgangs-Temperatur und der mittleren Temperatur gleich dem Quotienten 1/2<δT³>/<δT²> gesetzt werden, wobei δT die Abweichung der Temperaturverteilung vom Mittelwert ΔT_av der Temperaturverteilung bezeichnet, d. h. ΔT(x, y) = ΔT_av + δT(x, y)<δT²> bezeichnet die Mittelung von δT² über die Oberfläche, <δT³> die Mittelung der dritten Potenz über die Oberfläche.
In der Optik wird häufig der RMS-Wert der Wellenfront minimiert, wie dies z. B. die bekannten Größen „Strehlsche Definitionshelligkeit” oder Kontrastverlust erfordern. Hierbei wird letztlich das Integral über das Quadrat der lokalen Wellenfrontabweichung minimiert (ein Mittelwert wird als unwichtig vorher subtrahiert). Dieses Verfahren ist auch als Gauß'sches Verfahren der kleinsten Quadrate bekannt.
In vielen Fällen ist die Wellenfrontabweichung selbst zu einem lokalen Flächenparameter proportional, von dem ein konstanter Anteil kompensiert werden kann. In dieser Situation fordert die RMS-Optimierung, die kompensierende Konstante gleich dem Mittelwert über diesen lokalen Flächenparameter zu wählen. Wenn aber – wie im vorliegenden Fall – die Wellenfrontabweichung höher als linear von diesem lokalen Flächenparameter abhängt, werden größere Abweichungen stärker im RMS-Wert bestraft, als eine Verkleinerung belohnt wird. Das Optimum für die kompensierende Konstante (hier: die Nulldurchgangs-Temperatur, kurz ZCT) wandert dann in die Richtung derjenigen Werte, die eine kleinere Fläche belegen und deshalb weiter entfernt vom Mittelwert liegen. Im vorliegenden Fall hat die Wellenfront z. B. einen Beitrag, welcher quadratisch von der lokalen Abweichung der Temperatur von der Nulldurchgangs-Temperatur (als kompensierender Konstante) abhängt.
Im zugehörigen RMS-Integral tritt diese Differenz in höherer Potenz als quadratisch auf. Bewegt man die Nulldurchgangs-Temperatur daher in Richtung auf eine Temperatur, die einen kleineren Flächenanteil an der optischen Oberfläche belegt, so wird sich der Fehlerbeitrag durch diesen Flächenanteil stärker verringern als sich der Fehlerbeitrag derjenigen Werte erhöht, welche die größere Fläche belegen (Extremums-Eigenschaft: Gerade bei der Potenz 2 wäre diese Änderung in einer minimalen Umgebung des Mittelwertes nahe Null). Insgesamt verringert sich durch diese Änderung die Zielfunktion, so dass sich eine optimale Nulldurchgangs-Temperatur nahe der weniger häufig auftretenden Temperaturwerte einstellt.
Im Betrieb der optischen Anordnung beeinflusst man in der Regel nicht die Nulldurchgangs-Temperatur selbst, sondern passt die mittlere Temperatur des jeweiligen optischen Elements an diese an, optimiert also die Größe „mittlere Temperatur des optischen Elements – Nulldurchgangs-Temperatur”. Diese Anpassung wird häufig auch vereinfachend als (relative) ZCT-Anpassung bezeichnet.
In einer Weiterbildung ist die mittlere Temperatur an allen optischen Elementen der optischen Anordnung so eingestellt, dass ein Maß für den Wellenfrontfehler der optischen Anordnung minimiert ist. Die Wellenfrontfehler der optischen Anordnung können z. B. bei einer abbildenden optischen Anordnung (Projektionsobjektiv) am Luftbild in der Bildebene gemessen werden und werden in diesem Fall als Bildfehler bezeichnet. Zur Realisierung von beugungsbegrenzten Projektionsoptiken ist es z. B. typischer Weise erforderlich, dass der RMS-Wert („root mean square”) der in der Bildebene auftretenden Wellenfrontaberrationen kleiner ist als 1/14 der Wellenlänge des Abbildungslichtes. Diese Spezifikation kann typischer Weise durch eine geeignete Wahl der Abweichungen zwischen der Betriebstemperatur und der Nulldurchgangs-Temperatur an den einzelnen Spiegeln eingehalten werden.
Es können aber auch andere Maße für den Wellenfrontfehler (Bildfehler) als der RMS-Wert der Oberfläche optimiert bzw. minimiert werden, beispielsweise Maßstabsfehler, Telezentriefehler, Overlay, Tiefenschärfe, Best Focus, etc. Zur Bestimmung von diesen und weiteren Wellenfrontfehlern kann die Wellenfront an einer Mehrzahl von Punkten in der Bildebene bestimmt und numerisch in ein orthogonales Funktionensystem zerlegt werden. Die (Zernike-)Koeffizienten an unterschiedlichen Feldpunkten können zu RMS-Werten gruppiert werden, welche charakteristisch für eine bestimmte Art von Aberration (z. B. Koma, Astigmatismus etc.) sind, wie dies beispielsweise in der DE 10 2008 042 356 A1 der Anmelderin beschrieben ist, auf die vollumfänglich Bezug genommen wird. Diese RMS-Werte bzw. Kombinationen davon können ebenfalls als Maß für den Wellenfrontfehler verwendet werden.
Bei einer Weiterbildung ist die Temperatur-Kontrolleinrichtung ausgebildet, eine Heizleistung der Temperiereinrichtung an eine vom Substrat absorbierte Strahlungsleistung derart anzupassen, dass die gesamte vom Substrat aufgenommene thermische Energie und damit die mittlere Temperatur des Substrats bzw. der optischen Oberfläche konstant bleibt. Im inaktiven Zustand, in dem die optische Anordnung nicht mit Strahlung beaufschlagt wird, weisen die optischen Elemente typischer Weise eine Temperatur auf, die im Wesentlichen der Referenz-Temperatur entspricht. Im aktiven Betriebszustand, in dem die optischen Oberflächen mit der vollen Strahlungsleistung beaufschlagt werden, stellt sich typischer Weise eine stationäre Temperaturverteilung und damit auch eine stationäre mittlere Temperatur an den optischen Elementen ein. Beim Übergang vom inaktiven in den aktiven Betriebszustand ist die Temperaturverteilung (ohne zusätzliches Heizen) zeitabhängig und die mittlere Temperatur nimmt zu, bis der stationäre Temperatur-Zustand erreicht ist, da mehr Strahlungsleistung absorbiert wird, als an die Umgebung abgegeben werden kann.
Um die Zunahme der Temperatur im transienten Fall und/oder Temperaturschwankungen an den optischen Oberflächen im Betriebsfall möglichst klein zu halten, kann die Heizeinrichtung genutzt werden. Beispielsweise kann diese die Substrate bzw. die optischen Oberflächen bereits vor der Bestrahlung auf die sich im Betrieb einstellende stationäre Temperatur aufzuheizen. Im transienten Fall, bei dem zusätzlich Strahlungsleistung auf die Spiegel gelangt und von den Substraten absorbiert wird, muss die Heizleistung entsprechend reduziert bzw. angepasst werden, um die mittlere Temperatur konstant zu halten.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Nulldurchgangs-Temperatur um mindestens 0,1 K, bevorzugt um mindestens 0,2 K, insbesondere um mindestens 0,4 K, ggf. um mindestens 0,7 K größer als die mittlere Temperatur an der optischen Oberfläche. Die Abweichung der Nulldurchgangs-Temperatur von der mittleren Temperatur kann ggf. erheblich sein und sogar mindestens 1 Kelvin, 1,3 K, 1,5 K, 1,7 K, 2,0 K, 2,5 K etc. betragen, wobei der für die Minimierung der Aberrationen geeignete Wert von der Häufigkeitsverteilung der Temperaturwerte an der optischen Oberfläche abhängt (s. o.).
Bei einer Ausführungsform weist die optische Oberfläche einen ersten Flächenanteil A₁ auf, an dem die Temperatur an der Oberfläche größer ist als die mittlere Temperatur sowie einen zweiten Flächenanteil A₂, an dem die Temperatur an der Oberfläche kleiner ist als die mittlere Temperatur, wobei der erste Flächenanteil größer ist als der zweite Flächenanteil (A₁ < A₂). Für diesen Fall sollte die Nulldurchgangs-Temperatur größer als die mittlere Temperatur an der optischen Oberfläche gewählt werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist das optische Element in bzw. in der Nähe einer Pupillenebene angeordnet. Unter einer pupillennahen Anordnung wird eine Anordnung des optischen Elements verstanden, die ein Subapertur-Verhältnis von mindestens 70% aufweist. Das Subapertur-Verhältnis nimmt Werte zwischen 0 und 1 an und weist in einer Pupillenebene den Wert 1 und in einer Feldebene den Wert 0 auf. Für ein optisches System, welches ein Objektfeld mit einer maximalen Objekthöhe unter einer gegebenen Apertur auf ein Bildfeld abbildet, z. B. ein Projektionsobjektiv für die (EUV-)Lithographie, definiert man das Subapertur-Verhältnis wie folgt: |R – H|/(|R – H| + |H|), wobei ausgehend von einem Objektpunkt maximaler Objekthöhe, R die Randstrahlhöhe und H die Hauptstrahlhöhe ist und diese Strahlhöhen in einer gegebenen Ebene gemessen werden, welche parallel zu einer Pupillenebene des optischen Systems ist.
Die Feldverteilung bzw. die lokale Bestrahlungsdichte an der optischen Oberfläche eines pupillennahen optischen Elements entspricht im Wesentlichen der Winkelverteilung (Pupille) der Beleuchtungsstrahlung, welche in das abbildende optische System eintritt. Bei einem Projektionsobjektiv wird die Beleuchtungspupille mit dem Beugungsmuster des abzubildenden Objekts (Maske) gefaltet, was aber in der Regel keine wesentliche Änderung ergibt, da häufig die nullte Beugungsordnung einen dominierenden Beitrag liefert. Insbesondere bei neuen bzw. bei zukünftigen EUV-Lithographieanlagen ist die Beleuchtungspupille nur zu einem geringen Prozentsatz (z. B. von weniger als 50%) ausgeleuchtet, so dass der Anteil bestrahlter Oberflächenbereiche gegenüber der Gesamtfläche der Oberfläche ebenfalls bei weniger als 50% liegt und lokalisierte Bereiche mit hoher Temperatur und starken Temperaturgradienten und größere Flächen mit niedrigerer Temperatur resultieren (A₁ < A₂, s. o.), so dass die Nulldurchgangs-Temperatur bei pupillennahen optischen Elementen größer als die mittlere Temperatur gewählt werden sollte.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist das optische Element eine für EUV-Strahlung reflektierende Beschichtung auf, d. h. es handelt sich bei dem optischen Element um einen EUV-Spiegel. Die optische Oberfläche des EUV-Spiegels entspricht hierbei typischer Weise dem Bereich des Substrats, welches mit der Beschichtung versehen ist. Die optische Oberfläche eines solchen Spiegels kann plan ausgebildet sein, in der Regel weist die optische Oberfläche aber eine (beispielsweise sphärische) Krümmung auf. Es versteht sich, dass ggf. an der optischen Oberfläche auch Modifikationen, z. B. eine (zentrale) Durchtrittsöffnung vorgesehen sein kann. In diesem Fall erfolgt die Mittelung bzw. die Bestimmung des RMS-Werts selbstverständlich nur in dem Oberflächenbereich, in dem das Substrat bzw. die reflektierende Beschichtung vorhanden ist, d. h. der Oberflächenbereich der Durchtrittsöffnung wird bei der Mittelung nicht berücksichtigt.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine EUV-Lithographieanlage, welche eine optische Anordnung in Form eines Projektionsobjektivs umfasst, das wie oben beschrieben ausgebildet ist. Durch geeignete Anpassung der Betriebstemperatur eines bzw. mehrerer Spiegel des Projektionsobjektivs können die Abbildungsfehler des Projektionsobjektivs verringert bzw. minimiert werden. Es versteht sich, dass die lokale Bestrahlungsdichte von den Beleuchtungseinstellungen („ilumination settings”, z. B. Dipol-Beleuchtung, annulare Beleuchtung etc.) eines dem Projektionsobjektiv vorgeschalteten Beleuchtungssystems abhängig ist und der genaue Wert der mittleren Temperatur der optischen Oberflächen an diese Einstellungen angepasst werden sollte. Das Projektionsobjektiv für die EUV-Lithographie, in dem die optischen Elemente angeordnet sind, kann ein Vakuum-Gehäuse sowie eine Vakuum-Pumpe umfassen, um in dem Innenraum des Gehäuses eine Restgasatmosphäre mit einem Gesamtdruck von z. B. weniger als 10^–4 mbar, bevorzugt von weniger als 10^–3 mbar zu erzeugen. Die Vakuum-Pumpe kann beispielsweise so angesteuert bzw. geregelt werden, dass ein Wasserstoff-Partialdruck in dem Vakuum-Gehäuse bei weniger als 10^–1 mbar liegt. Das Projektionsobjektiv bzw. die EUV-Lithographieanlage kann auch eine Reinigungseinrichtung zur Reinigung der optischen Oberflächen, genauer gesagt der Oberseite der Mehrlagen-Beschichtung mindestens eines EUV-Spiegels aufweisen. Die Reinigungseinrichtung kann beispielsweise zum Aufbringen eines Reinigungsgases z. B. in Form von aktiviertem Wasserstoff auf mindestens eine zu reinigende Oberfläche ausgebildet sein, um dort vorhandene Kontaminationen zu entfernen. Die Reinigungseinrichtung kann eine Gasdüse umfassen und beispielsweise wie in der WO 2009/059614 A1 der Anmelderin ausgebildet sein, welche durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht wird.
In einer Ausführungsform weist die EUV-Lithographieanlage ein Beleuchtungssystem auf, welches zur Erzeugung eines Beleuchtungsstrahls mit einer Beleuchtungspupille ausgebildet ist, die eine Pupillenfüllung von weniger als 50%, bevorzugt von weniger als 30%, besonders bevorzugt von weniger als 15%, insbesondere von weniger als 1% aufweist. Wie weiter oben ausgeführt wurde, ist bei einer derart geringen Pupillenfüllung zumindest an pupillennahen EUV-Spiegeln systematisch eine Situation gegeben, bei der A₁ < A₂ gilt und somit die Nulldurchgangs-Temperatur größer als die mittlere Temperatur gewählt werden sollte, um Wellenfrontfehler zu minimieren.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Konfigurieren einer optischen Anordnung, welche mindestens ein optisches Element umfasst, das eine optische Oberfläche sowie ein Substrat aufweist. Das Substrat ist aus einem Material gebildet, dessen temperaturabhängiger thermischer Ausdehnungskoeffizient bei einer auf eine Referenztemperatur bezogenen Nulldurchgangs-Temperatur gleich Null ist. Das Verfahren umfasst folgende Schritte: Bestimmen einer zu erwartenden lokalen Bestrahlungsdichte an der optischen Oberfläche des optischen Elements, die beim Betrieb der optischen Anordnung erzeugt wird, Bestimmen einer aus der Bestrahlungsdichte an der optischen Oberfläche resultierenden, auf eine Referenztemperatur bezogenen ortsabhängigen Temperaturverteilung, die eine mittlere Temperatur, eine minimale Temperatur und eine maximale Temperatur aufweist, Ermitteln, ob die mittlere Temperatur an der optischen Oberfläche kleiner ist als der aus der minimalen Temperatur und der maximalen Temperatur gebildete Mittelwert, und wenn dies der Fall ist: Herstellen des optischen Elements aus einem Substrat, dessen Nulldurchgangs-Temperatur größer ist als die mittlere Temperatur.
Bei dem Verfahren wird zunächst eine im Betriebsfall zu erwartende ortsabhängig variierende Bestrahllast bzw. Flächen-Bestrahlungsdichte an der optischen Oberfläche bestimmt, wobei die Bestimmung typischer Weise durch Computer-Simulationen erfolgt. Für die Bestimmung können die konkreten, im Betrieb der optischen Anordnung auftretenden Bedingungen herangezogen werden. Bei einer optischen Anordnung in Form eines Projektionsobjektivs für eine (EUV-)Lithographieanlage ist ein solcher Parameter z. B. die mittlere Strahlungsleistung der Beleuchtungsstrahlung nach dem abzubildenden Objekt (Maske), welche beispielsweise im Bereich von mehreren Watt (von ca. 1 Watt bzw. 5 Watt bis ca. 30 Watt) liegen kann. Weitere Parameter sind die verwendeten Beleuchtungseinstellungen, z. B. Dipol-Beleuchtung oder annulare Beleuchtung, sowie die abzubildenden Strukturen auf der Maske. Da die abzubildenden Strukturen auf der Maske je nach Anwendung unterschiedlich sind, können für die Simulation abzubildende Strukturen verwendet werden, welche eine sinnvolle Mischung bzw. Mittelung von dichten Linien, halbdichten Linien und isolierten Linien (ggf. inklusive Kontaktlöchern) darstellen, wie sie üblicher Weise bei für die Belichtung verwendeten Masken auftreten.
In einem nachfolgenden Schritt wird ausgehend von der simulierten Bestrahlungsleistung, welche in das Projektionsobjektiv eintritt, die vom optischen Design abhängige lokale Bestrahlungsdichte an der jeweiligen optischen Oberfläche bestimmt und hieraus eine Temperaturverteilung an der Oberfläche bzw. im Substrat ermittelt. Hierbei können neben der Absorption und der Wärmeleitfähigkeit des Substrats auch Wärmetransport-Mechanismen in die Umgebung berücksichtigt werden, z. B. Wärmestrahlung sowie die Abgabe von Wärme an ein konvektives (Rest-)gas. Für die Bestimmung der Temperaturverteilung kann auf Finite-Element-Methoden zurückgegriffen werden.
Nachfolgend wird das Maximum sowie das Minimum der Temperaturverteilung sowie die über die Oberfläche gemittelte Temperatur bestimmt sowie diese Größen miteinander verglichen, um zu ermitteln, ob die Nulldurchgangs-Temperatur des Substrats größer als die zu erwartende mittlere Temperatur an der Oberfläche zu wählen ist. Ist dies der Fall, wird für die Herstellung des optischen Elements ein Rohling aus einem Substrat-Material mit einer entsprechenden Nulldurchgangs-Temperatur verwendet. Zur Herstellung des optischen Elements wird das Substrat zunächst bearbeitet, um die gewünschte Form bzw. Geometrie der optischen Oberfläche zu erzeugen. Danach kann auf die optische Oberfläche eine reflektierende Beschichtung aufgebracht werden, die beispielsweise für EUV-Strahlung bei einer bestimmten Wellenlänge eine hohe Reflexion aufweist.
Es versteht sich, dass abhängig vom Vergleich zwischen der mittleren Temperatur und der Differenz aus maximaler und minimaler Temperatur an der Oberfläche auch ein Substrat-Material gewählt werden kann, dessen Nulldurchgangs-Temperatur der mittleren Temperatur entspricht oder bei dem die Nulldurchgangs-Temperatur unterhalb der mittleren Temperatur liegt. Wie weiter oben dargestellt wurde, ist jedoch bei einer geringen Pupillenfüllung (< 50%) typischer Weise zumindest für pupillennahe optische Elemente die Nulldurchgangs-Temperatur systematisch über der mittleren Temperatur zu wählen.
In einer Variante umfasst das Verfahren: Bestimmen von durch die ortsabhängig veränderliche Temperaturverteilung hervorgerufenen Deformationen der optischen Oberfläche; sowie Wählen der Nulldurchgangs-Temperatur derart, dass ein Maß für den Wellenfrontfehler der optischen Oberfläche minimiert wird. Anhand der Temperaturverteilung an der optischen Oberfläche sowie im darunter liegenden Substrat können die Spannungen im Substrat sowie die resultierenden Längen-Änderungen bzw. Deformationen der Oberfläche ermittelt werden. Bei dem Maß für den durch die Deformationen hervorgerufenen Wellenfrontfehler kann es sich beispielsweise um den so genannten RMS-Wert (Summe der Wurzelquadrate) oder eine von diesem abhängige Größe (z. B. RMS²-Wert) handeln.
Als Maß für die Wellenfrontfehler können aber auch spezifische Fehler dienen, die sich durch numerische Zerlegung der Wellenfront in ein vorzugsweise orthonormales Funktionensystem ergeben, z. B. in Zernike-Polynome. Die zugehörigen Koeffizienten der Zerlegung (Zernike-Koeffizienten) bzw. Kombinationen dieser Koeffizienten an unterschiedlichen Orten der optischen Oberfläche sind charakteristisch für bestimmte Arten von Wellenfrontfehlern. Für eine gegebene, von der Nulldurchgangs-Temperatur abhängige Deformation der Oberfläche kann ein geeignetes Maß für den Wellenfrontfehler bestimmt werden und eine Nulldurchgangs-Temperatur gefunden werden, bei dem das zugehörige Maß, z. B. der RMS-Wert, minimal wird. In das Maß für den Wellenfrontfehler wird in der Regel nur derjenige Anteil der Deformationen einbezogen, welcher sich nicht auf andere Weise kompensieren lässt, beispielsweise durch Manipulatoren, welche eine Kompensation durch eine Bewegung des optischen Elements entsprechend seiner Starrkörperfreiheitsgrade oder ggf. eine lokale Deformation der optischen Oberfläche bewirken.
In einer weiteren Variante wird das Bestimmen der lokalen Bestrahlungsdichte, der Temperaturverteilung und von durch die Temperaturverteilung hervorgerufenen Deformationen der optischen Oberfläche für alle optischen Elemente der optischen Anordnung durchgeführt und ein jeweiliges optisches Element wird aus einem Substrat mit einer Nulldurchgangs-Temperatur hergestellt, die so gewählt ist, dass ein Maß für den Wellenfrontfehler (z. B. Bildfehler in der Bildebene) bzw. die Wellenfrontaberrationen der optischen Anordnung minimiert wird. In diesem Fall werden die optischen Restfehler simuliert, die von einem Projektionsobjektiv in der Bildebene erzeugt werden. Diese Fehler bzw. Aberrationen können anhand ihrer Auswirkung auf das vom Projektionsobjektiv erzeugte Bild bewertet werden und es kann geprüft werden, ob die Aberrationen innerhalb der Spezifikation liegen, d. h. innerhalb eines vordefinierten Intervalls. Die Aberrationen des Projektionsobjektivs hängen von der individuellen Nulldurchgangs-Temperatur der jeweiligen optischen Elemente ab. Die Nulldurchgangs-Temperaturen der einzelnen optischen Elemente können bei der Simulation so lange variiert werden, bis ein Optimum bzw. Minimum der Aberrationen bzw. Bildfehler in der Bildebene gefunden wird, welches die Spezifikation erfüllt. Zu den Bildfehlern zählen u. a. Maßstabsfehler, Telezentriefehler, Overlay, Tiefenschärfe, Best Focus, etc. die sich durch Integration bzw. Summation der an mehreren Punkten der Bildebene gemessenen Wellenfronten bzw. der dort gemessenen Zernike-Koeffizienten ergeben (s. o.). Auch können die Zernike-Koeffizienten an unterschiedlichen Bildpunkten zu RMS-Werten gruppiert werden, welche für eine bestimmte Art von Aberration bzw. Bildfehler, z. B. Koma, Astigmatismus etc. charakteristisch sind.
In einer weiteren Variante ist die Temperaturverteilung an der optischen Oberfläche zeitabhängig und es wird für die Auswahl der Nulldurchgangs-Temperatur eine Temperaturverteilung zu einem Zeitpunkt herangezogen, an dem das Maß für den Wellenfrontfehler maximal ist. Wie weiter oben dargestellt wurde, weist die optische Anordnung zwischen einem inaktiven Zustand und dem Betriebsfall einen transienten Zustand auf, in dem die optischen Elemente durch die einfallende Strahlung auf ihre (stationäre) Betriebstemperatur aufgeheizt werden. Die Optimierung der Wellenfrontfehler für Temperaturzustände der optischen Elemente zu unterschiedlichen Zeitpunkten während der Aufheizphase führt typischer Weise nicht zur selben Nulldurchgangs-Temperatur; vielmehr ist die für minimale Wellenfrontfehler benötigte Nulldurchgangs-Temperatur zeitabhängig. Da nur eine einzige Nulldurchgangs-Temperatur festgelegt werden kann, muss daher eine Auswahl aus den bei der Aufheizung auftretenden Nulldurchgangs-Temperaturen vorgenommen werden. Für eine solche Auswahl kann die Nulldurchgangs-Temperatur des Zeitpunkts ausgewählt werden, bei dem die Aberrationen am größten sind. Dieser Wert kann mit der Spezifikation verglichen und geprüft werden, ob diese erfüllt ist. Ist das nicht der Fall, können ggf. Modifikationen am optischen Design des Projektionsobjektivs vorgenommen werden. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass das Resultat der Optimierung auch im ungünstigsten Fall noch die Spezifikation erfüllt.
Bei einer weiteren Variante umfasst das Verfahren zusätzlich: Wählen der Nulldurchgangs-Temperatur derart, dass die Nulldurchgangs-Temperatur eine vorgegebene, von der lokalen Bestrahlungsdichte abhängige Differenz zur mittleren Temperatur aufweist. In diesem Fall wird nicht nur die mittlere Temperatur geringer gewählt als die Nulldurchgangs-Temperatur, sondern es wird zusätzlich die Abweichung (Differenz) der mittleren Temperatur von der Nulldurchgangs-Temperatur in Abhängigkeit von der lokalen Bestrahlungsdichte festgelegt, welche sich auf die Häufigkeitsverteilung der Temperatur und somit auf die an der optischen Oberfläche hervorgerufenen Wellenfrontfehler auswirkt. Hierbei kann insbesondere eine jeweilige lokale Bestrahlungsdichte einem jeweiligen Betriebsfall zugeordnet werden, der durch bestimmte Betriebsparameter (z. B. Beleuchtungseinstellungen, Strahlungsstärke der Lichtquelle etc.) charakterisiert ist.
Bei einer Weiterbildung dieser Variante ist die vorgegebene Differenz zwischen der Nulldurchgangs-Temperatur und der mittleren Temperatur durch ½ < δT³ >/< δT² > gegeben, wobei δT(x, y) die Abweichung der ortsabhängigen Temperaturverteilung von der mittleren Temperatur der optischen Oberfläche bezeichnet. Wie weiter oben dargestellt wurde, kann bei dieser Festlegung der Nulldurchgangs-Temperatur der RMS-Wert der optischen Oberfläche minimiert werden.
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 zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer EUV-Lithographieanlage mit einem Beleuchtungssystem und einem Projektionsobjektiv,
2 eine schematische Darstellung eines EUV-Spiegels für das Projektionsobjektiv von 1,
3a–c schematische Darstellungen einer ortsabhängigen Temperaturverteilung sowie von daraus resultierenden Deformationen an einer optischen Oberfläche des EUV-Spiegels von 2,
4 eine schematische Darstellung einer Häufigkeitsverteilung der Temperaturwerte an der Oberfläche des EUV-Spiegels von 2, sowie
5 eine Darstellung des zeitabhängigen Temperaturverlaufs beim Aufheizen der optischen Oberfläche des EUV-Spiegels von 2 auf seine stationäre Betriebstemperatur.
In 1 ist schematisch eine EUV-Lithographieanlage 1 gezeigt. Diese weist eine EUV-Lichtquelle 2 zur Erzeugung von EUV-Strahlung auf, die in einem EUV-Wellenlängenbereich unter 50 nm, insbesondere zwischen ca. 5 nm und ca. 15 nm eine hohe Energiedichte aufweist. Die EUV-Lichtquelle 2 kann beispielsweise in Form eine Plasma-Lichtquelle zur Erzeugung eines laserinduzierten Plasmas oder als Synchrotron-Strahlungsquelle ausgebildet sein. Insbesondere im ersteren Fall kann wie in 1 gezeigt ein Kollektor-Spiegel 3 verwendet werden, um die EUV-Strahlung der EUV-Lichtquelle 2 zu einem Beleuchtungsstrahl 4 zu bündeln und auf diese Weise die Energiedichte weiter zu erhöhen. Der Beleuchtungsstrahl 4 dient zur Beleuchtung eines strukturierten Objekts M mittels eines Beleuchtungssystems 10, welches im vorliegenden Beispiel vier reflektierende optische Elemente 13 bis 16 aufweist.
Bei dem strukturierten Objekt M kann es sich beispielsweise um eine reflektive Maske handeln, die reflektierende und nicht reflektierende oder zumindest weniger stark reflektierende Bereiche zur Erzeugung mindestens einer Struktur an dem Objekt M aufweist. Alternativ kann es sich bei dem strukturierten Objekt M um eine Mehrzahl von Mikrospiegeln handeln, welche in einer ein- oder mehrdimensionalen Anordnung angeordnet sind und welche gegebenenfalls um mindestens eine Achse bewegbar sind, um den Einfallswinkel der EUV-Strahlung 4 auf den jeweiligen Spiegel einzustellen.
Das strukturierte Objekt M reflektiert einen Teil des Beleuchtungsstrahls 4 und formt einen Projektionsstrahl 5, der die Information über die Struktur des strukturierten Objekts M trägt und der in ein Projektionsobjektiv 20 eingestrahlt wird, welches eine Abbildung des strukturierten Objekts M bzw. eines jeweiligen Teilbereichs davon auf einem Substrat W erzeugt. Das Substrat W, beispielsweise ein Wafer, weist ein Halbleitermaterial, z. B. Silizium, auf und ist auf einer Halterung angeordnet, welche auch als Wafer-Stage WS bezeichnet wird.
Im vorliegenden Beispiel weist das Projektionsobjektiv 20 vier reflektive optische Elemente 21 bis 24 (Spiegel) auf, um ein Bild der an dem strukturierten Objekt M vorhandenen Struktur auf dem Wafer W zu erzeugen. Typischer Weise liegt die Zahl der Spiegel in einem Projektionsobjektiv 20 zwischen vier und acht, gegebenenfalls können aber auch nur zwei Spiegel verwendet werden.
Um eine hohe Abbildungsqualität bei der Abbildung eines jeweiligen Objektpunktes OP des strukturierten Objekts M auf einen jeweiligen Bildpunkt IP auf dem Wafer W zu erreichen, sind höchste Anforderungen an die Oberflächenform der Spiegel 21 bis 24 zu stellen und auch die Position bzw. die Ausrichtung der Spiegel 21 bis 24 zueinander bzw. relativ zum Objekt M und zum Substrat W erfordert eine Präzision im Nanometer-Bereich. Insbesondere ist die Erzeugung einer beugungsbegrenzten Abbildung, welche die maximal mögliche Auflösung ermöglicht, nur dann möglich, wenn die Wellenfrontaberration des Projektionsobjektivs 20 hinreichend klein sind. Bei einem beugungsbegrenzten Projektionsobjektiv 29 sollte der RMS-Wert (root mean square) der Wellenfrontaberrationen kleiner als 1/14 der Wellenlänge des Abbildungslichtes sein. Um dies zu erreichen, muss die Oberflächenform der Spiegel 21 bis 24 hochpräzise eingestellt sein und die Spiegel 21 bis 24 müssen ebenfalls sehr genau positioniert werden.
Beim Betrieb des Projektionsobjektivs 20 tritt das Problem auf, dass ein Anteil der Strahlung des Projektionsstrahls 5, der bis zu ca. 70% betragen kann, von einem jeweiligen optischen Element 21 bis 24 absorbiert wird. In Abhängigkeit von der Menge der absorbierten Strahlung tritt in einem jeweiligen Spiegel 21 bis 24 eine Erwärmung und dadurch eine thermische Ausdehnung auf, welche zu Deformationen der reflektierenden Oberflächen der jeweiligen Spiegel 21 bis 24 führt, welche die Ausrichtung bzw. die Oberflächenform der Spiegel 21 bis 24 auf unerwünschte Weise verändern kann. Eine Möglichkeit, um diesem Problem zu begegnen, ist die Verwendung einer Steuer- bzw. Regeleinrichtung 30 zur Einstellung der Betriebstemperatur bzw. der (mittleren) Temperatur der einzelnen Spiegel 21 bis 24. Auf diese Weise können durch Schwankungen der Temperatur hervorgerufene Änderungen der Ausdehnung eines jeweiligen Spiegels 21 bis 24 bzw. des zugehörigen Substrats gering gehalten werden.
Bei dem in 1 gezeigten Projektionsobjektiv 20 weisen alle vier Spiegel 21 bis 24 als Substrat-Material TiO₂-dotiertes Quarzglas (ULE^®) auf. 2 zeigt beispielhaft den ersten Spiegel 21 des Projektionsobjektivs 20 in einer schematischen Darstellung. Der erste Spiegel 21 weist ein Substrat 32 aus ULE^® auf, dessen TiO₂-Anteil so gewählt ist, dass das Substrat 32 eine gewünschte (über das Substratvolumen möglichst konstante) Nulldurchgangs-Temperatur T_ZC aufweist. Die Nulldurchgangs-Temperatur T_ZC sowie weitere temperaturabhängige Größen T_a werden für die nachfolgenden Betrachtungen auf eine Referenz-Temperatur T_ref bezogen (d. h. ΔT_ZC = T_ZC – T_ref bzw. ΔT_a = T_a – T_ref). Die Referenz-Temperatur T_ref bezeichnet einen (stationären) Temperaturzustand, der in dem Substrat-Material 32 bzw. im Projektionsobjektiv 20 vorliegt, wenn der EUV-Lithographieanlage 1 kein Beleuchtungsstrahl 4 zugeführt wird. Typischer Weise stimmt die Referenz-Temperatur T_ref mit der Umgebungs-Temperatur überein und kann z. B. bei Raumtemperatur (ca. 22°C) liegen.
Auf das Substrat 32 ist eine reflektierende Beschichtung 31 aufgebracht, die eine Mehrzahl von (nicht näher bezeichneten) Einzelschichten aufweist, die abwechselnd aus Materialien mit unterschiedlichen Brechungsindizes bestehen. Wird EUV-Strahlung bei einer Wellenlänge im Bereich von 13,5 nm in dem Projektionsobjektiv 20 verwendet, so bestehen die Einzelschichten üblicherweise aus Molybdän und Silizium. Andere Materialkombinationen wie z. B. Molybdän und Beryllium, Ruthenium und Beryllium oder Lanthan und B₄C sind ebenfalls möglich. Zusätzlich zu den Einzelschichten kann eine reflektive Beschichtung auch Zwischenschichten zur Verhinderung von Diffusion sowie eine Deckschicht zur Verhinderung von Oxidation bzw. Korrosion beinhalten. Die Oberseite des Substrats 32 wird im Folgenden als reflektierende bzw. optische Oberfläche 31a bezeichnet, auch wenn genau genommen die reflektierende Beschichtung 31 als Ganzes die Reflexion der EUV-Strahlung bewirkt.
Das Substrat 32 ist auf einen Träger 33 aufgebracht, in dem mehrere Heiz-/Kühlelemente 33a in Form von Peltier-Elementen vorgesehen sind, die zur möglichst homogenen Aufheizung, ggf. auch zur Kühlung, des Substrats 32 auf eine Arbeitstemperatur dienen, welche auch als mittlere Temperatur ΔT_av bezeichnet wird. Durch den Projektionsstrahl 5, genauer gesagt durch dessen lokale Bestrahlungsdichte 5a, die in 2 für eine Dipol-Beleuchtung dargestellt ist, entsteht an der optischen Oberfläche 31a eine ortsabhängig variierende Temperaturverteilung ΔT(x, y) = T(x, y) – T_ref, welche in 3a, b in einer Draufsicht bzw. in einer Schnittdarstellung entlang der X-Richtung eines XYZ-Koordinatensystems dargestellt ist. Zur Vereinfachung der Darstellung wurde hierbei von einer planen optischen Oberfläche 31a ausgegangen, es versteht sich aber, dass die optische Oberfläche 31a in der Regel eine (z. B. sphärische) Krümmung aufweist.
Es versteht sich, dass alternativ oder zusätzlich zu den Peltier-Elementen 33a auch andere Einrichtungen zur Temperierung des Substrats 32 bzw. der optischen Oberfläche 31a vorgesehen werden können, beispielsweise Heizdrähte. Auch kann eine Temperierung durch das Aufbringen von Wärme-Strahlung auf die optische Oberfläche 31a erfolgen. Die Wärmestrahlung kann z. B. durch Infrarot-Strahlung emittierende Dioden oder mit Hilfe von IR-Lasern erzeugt werden, die beabstandet zur optischen Oberfläche angeordnet sind. Die IR-Strahlung kann ggf. mit Hilfe von Glasfasern oder Lichtleitstäben an die optische Oberfläche 31a bzw. in die Nähe des Substrats 32 geführt werden. Die Wärmestrahlung kann hierbei von unten (vom Träger 33 aus) in das Substrat 32 eingebracht werden, es ist ggf. aber auch möglich, die Wärmestrahlung direkt von außen (von einem Ort außerhalb des Projektionsstrahls 5) auf die optische Oberfläche 31a einzustrahlen.
Die ortsabhängige Temperaturverteilung ΔT(x, y) an der Oberfläche des Spiegels 21 ist auf die (über die Oberfläche konstante) Referenztemperatur T_ref bezogen, bei der es sich im vorliegenden Beispiel um die Umgebungstemperatur des Spiegels 21 handelt, die der Raumtemperatur entspricht (T_ref = 22°C). Die Temperaturverteilung ΔT(x, y) lässt sich als die Summe aus einem über die Oberfläche gemittelten Wert <ΔT(x, y)> = ΔT_av = <ΔT> = const. (typischer Weise erhalten durch Integration der Temperaturverteilung ΔT(x, y) über alle Orte der Oberfläche 31a, dividiert durch die Gesamt-Fläche) und einer (ortsabhängigen) Abweichung δT(x, y) vom Mittelwert ΔT_av darstellen: ΔT(x, y) = ΔT_av + δT(x, y) = <ΔT> + δT(x, y)
Der über die Oberfläche gemittelte Wert der Abweichung δT(x, y) verschwindet hierbei nach Voraussetzung, d. h. es gilt <δT> = 0.
Im Idealfall ist die auf die Referenz-Temperatur T_ref bezogene Zero-Crossing-Temperatur ΔT_ZC = T_ZC – T_ref über das Substratvolumen und damit über die reflektierende Oberfläche 31a konstant. Eine Potenzreihenentwicklung einer aus der ortsabhängigen Variation der Temperaturverteilung ΔT(x, y) resultierenden Oberflächendeformation D(x, y) in Abhängigkeit von der Temperatur-Abweichung δT(x, y) und dem Mittelwert <ΔT> liefert: D(x, y) = D_hom + γ(<ΔT> – ΔT_ZC)δT(x, y) + ½γδT²(x, y), (1) wobei y die (konstante) Steigung des Wärmeausdehnungskoeffizienten bei der Nulldurchgangs-Temperatur ΔT_ZC bezeichnet.
Die homogene Wärmeausdehnung D_hom der Oberfläche des Spiegels lässt sich typischer Weise (z. B. mit Hilfe von Manipulatoren) gut korrigieren, so dass auf diese hier nicht näher eingegangen wird. Es erscheint zunächst einleuchtend, dass die optimale mittlere Temperatur <ΔT> zum Betrieb des Spiegels 21 mit der Zero-Crossing-Temperatur ΔT_ZC übereinstimmt, da in diesem Fall der lineare Term in Gleichung (1) wegfällt.
Nachfolgend wird jedoch gezeigt, dass es zur Minimierung der Wellenfrontfehler des Spiegels (im vorliegenden Beispiel ausgedrückt durch den RMS(„root mean square”)-Wert) in bestimmten Fällen günstiger ist, wenn der Mittelwert <ΔT> der Temperaturverteilung an der Spiegeloberfläche nicht mit der Zero-Crossing-Temperatur ΔT_ZC übereinstimmt. Der RMS-Wert (bzw. dessen Quadrat, auch mit RMS² bezeichnet) hängt wie folgt von den Deformationen D(x, y) an der reflektierenden Oberfläche 31a ab: RMS² = <(D – <D>)²> = <D² – 2D<D> + <D>²> = <D²> – 2<D²> + <D>², d. h. RMS² = <D²> – <D>² (2)
De RMS²-Wert ist ein Maß für die Deformation der Oberfläche und entspricht der Varianz der Verteilung der Deformationen D(x, y) an der Oberfläche, während der RMS-Wert der Standardabweichung entspricht.
Durch Mittelwertbildung ergibt sich aus Gleichung (1): <D> = γ(<ΔT> – ΔT_ZC) <δT> + ½γ <δT²> = ½γ <δT²>, d. h. es gilt: <D>² = 1/4γ <δT²>²
Auf die Berücksichtigung des homogenen Beitrags D_hom wurde hierbei verzichtet und ausgenützt, dass <δT> = 0 gilt (s. o.).
Quadrieren von Gleichung (1) und Mittelwertbildung liefert: <D²> = γ²(<ΔT> – ΔT_ZC))²<δT²> + γ²(<ΔT> – ΔT_ZC))<δT³> + ¼γ²<δT⁴>
Für die Optimierung (Bestimmung des Extremwerts) wird der RMS-Wert (bzw. RMS² = <D²> – <D>²) nach der Zero-Crossing-Temperatur ΔT_ZC differenziert und das Ergebnis gleich Null gesetzt. Es soll gelten: dRMS²/dΔT_ZC = –2γ²(<ΔT> – ΔT_ZC))<δT2> – γ²<δT³> = 0
Auflösen nach der Nulldurchgangs-Temperatur ΔT_ZC ergibt: ΔT_ZC = <ΔT> + ½<δT³>/<δT²> (3)
Der Korrekturterm ½<δT³>/<δT²> berücksichtigt die Asymmetrie in der Häufigkeitsverteilung der Temperaturwerte an der reflektierenden Oberfläche 31a. Handelt es sich bei der Temperaturverteilung um eine zum Mittelwert <ΔT> symmetrische (z. B. gaußförmige) Verteilung, verschwindet der Korrekturterm, da in diesem Fall aus Symmetriegründen <δT³> = 0 gilt.
Bei EUV-Spiegeln ist die Temperaturverteilung jedoch in der Regel stark asymmetrisch, wobei insbesondere gilt, dass |δT_MIN| < |δT_Max| ist, wie dies beispielhaft in 4 anhand einer Häufigkeitsverteilung P(δT) dargestellt ist. Bei der in 4 gezeigten Verteilung ist <δT³> größer Null und somit liegt die optimale Nulldurchgangs-Temperatur ΔT_ZC oberhalb der mittleren Temperatur <ΔT>. Eine solche asymmetrische Form der Häufigkeitsverteilung, bei der die optimale Nulldurchgangs-Temperatur ΔT_ZC oberhalb der mittleren Temperatur <ΔT> liegt, ist systematisch dann gegeben, wenn die mittlere Temperatur <ΔT> bzw. ΔT_av kleiner ist als der aus der maximalen Temperatur ΔT_max und der minimalen Temperatur ΔT_min gebildete Mittelwert ½(ΔT_max + ΔT_min), vgl. 3b.
Diese Bedingung lässt sich auch anhand der ortsabhängigen Temperaturverteilung ΔT(x, y) an der reflektierenden Oberfläche 21a ausdrücken, wie sie in 3a dargestellt ist, und bei welcher ein erster (schraffiert dargestellter) Flächenanteil A₁, an dem die Temperatur ΔT(x, y) größer ist als die mittlere Temperatur ΔT_av eine geringere Oberfläche aufweist als ein zweiter Flächenanteil A₂, an dem die Temperatur ΔT(x, y) kleiner ist als die mittlere Temperatur ΔT_av, d. h. es gilt A₁ < A₂.
Die in 3a, b dargestellte Temperaturverteilung ΔT(x, y) an der optischen Oberfläche 31a entspricht im Wesentlichen der Winkelverteilung des Beleuchtungsstrahls 4 beim Eintritt in das Projektionsobjektiv 20, da der erste EUV-Spiegel 21 in der Nähe einer Pupillenebene 25 angeordnet ist, an der die ortsabhängige Beleuchtungsstärke im Wesentlichen (gefaltet mit den Beugungsstrukturen auf der Maske M) mit der Feldverteilung in der Pupillenebene des Beleuchtungssystems 10 übereinstimmt.
Die Wahl einer Nulldurchgangs-Temperatur ΔT_ZC oberhalb der mittleren Temperatur ΔT_av ist somit insbesondere an pupillennahen optischen Elementen 21 günstig, wenn das Beleuchtungssystem 10 einen Beleuchtungsstrahl 4 mit einer Beleuchtungspupille erzeugt, die eine Pupillenfüllung von weniger als 50%, bevorzugt von weniger als 30%, besonders bevorzugt von weniger als 15%, insbesondere von weniger als 1% aufweist, d. h. wenn nur ein entsprechender Flächenanteil der Beleuchtungspupille ausgeleuchtet wird. In diesem Fall ist typischer Weise an der optischen Oberfläche 31a eines pupillennahen optischen Elements die Bedingung A₁ < A₂ erfüllt. Diese Bedingung kann ggf. auch an optischen Elementen erfüllt sein, die in der Nähe einer Feldebene angeordnet sind, wenn die dort auftreffende lokale Bestrahlungsdichte eine asymmetrische Temperaturverteilung erzeugt, bei der die Bedingung A₁ < A₂ erfüllt ist. Die Nulldurchgangs-Temperatur ΔT_ZC kann hierbei je nach Grad der Asymmetrie der Temperaturverteilung um mindestens 0,1 K, ggf. um mindestens 0,2 K, insbesondere um mindestens 0,4 K größer gewählt werden als die mittlere Temperatur ΔT_av an der optischen Oberfläche 31a. Ist umgekehrt an einem optischen Element A₂ < A₁ (bzw. A₁ = A2) so kann ggf. auch eine mittlere Temperatur ΔT_av gewählt werden, die größer (bzw. gleich) der Nulldurchgangs-Temperatur ΔT_ZC des jeweiligen Substrats ist.
Es versteht sich, dass neben der Optimierung bzw. Minimierung des Wellenfrontfehlers an jedem einzelnen Spiegel 21 bis 24 auch eine Optimierung der Aberrationen des gesamten Projektionsobjektivs 20 erfolgen kann, d. h. von Wellenfront-Aberrationen bzw. von Bildfehlern, die vom Projektionsobjektiv 20 in der Bildebene erzeugt werden. Für die Optimierung der gesamten Wellenfrontfehler des Projektionsobjektivs kann ggf. an einzelnen Spiegeln 21 bis 24 auch von einer mittleren Temperatur ΔT_av abgewichen werden, welche den Wellenfrontfehler an dem jeweiligen Spiegel 21 bis 24 minimiert, sofern durch diese Abweichung der Wellenfrontfehler des gesamten Projektionsobjektivs 20 verbessert wird. Als Maß für den Wellenfrontfehler in der Bildebene des Projektionsobjektivs 20 können alternativ oder zusätzlich zum RMS-Wert andere Bildfehler verwendet werden, z. B. Overlay, Tiefenschärfe, Best Focus, etc., oder spezifische Aberrationen wie Koma, Astigmatismus etc. Diese Wellenfrontfehler können z. B. im Luftbild gemessen oder simuliert werden und die Abhängigkeit dieser Fehler von den temperaturbedingten Deformationen der einzelnen Spiegel 21 bis 24 kann ermittelt werden. Mittels der Temperatur-Kontrolleinrichtung 30 kann anhand dieser bekannten Abhängigkeit eine geeignete Differenz zwischen mittlerer Temperatur ΔT_av und Nulldurchgangs-Temperatur ΔT_ZC an einem jeweiligen Spiegel 21 bis 24 eingestellt werden, um das verwendete Maß für den Wellenfrontfehler in der Bildebene zu minimieren.
Um die gewünschte mittlere Temperatur ΔT_av auch bei einer zeitlich veränderlichen Intensität des Projektions-Strahls 5 auf der reflektierenden Oberfläche 31a des optischen Elements 21 bzw. aller optischen Elemente 21 bis 24 des Projektionsobjektivs 20 einzustellen bzw. um die mittlere Temperatur ΔT_av konstant zu halten, kann ebenfalls die in 1 gezeigte Temperatur-Kontrolleinrichtung 30 verwendet werden, welche der Ansteuerung der Heizeinrichtung 33a (bzw. weiterer nicht gezeigter Heizeinrichtungen für die weiteren Spiegel 22 bis 24) dient. Um die Temperatur des Substrats 32 auf die gewünschte mittlere Temperatur ΔT_av zu regeln, ist bei dem in 2 gezeigten Beispiel seitlich an dem Substrat 32 ein Temperatur-Sensor 35 vorgesehen, der über eine (nicht gezeigte) Verbindungsleitung mit der Kontrolleinrichtung 30 in Verbindung steht. Alternativ oder zusätzlich können einer oder mehrere (nicht gezeigte) Temperatur-Sensoren auch in das Substrat 32 bzw. in das Volumen des Substrats 32 eingebettet sein, um die Temperatur an unterschiedlichen Orten unterhalb der optischen Oberfläche 31a zu detektieren. Ein Auslesen der Temperatur-Sensoren kann hierbei über Verbindungsleitungen erfolgen, die aus dem Substrat 32 heraus geführt werden. Gegebenenfalls kann das Auslesen auch kontaktlos über eine optische Schnittstelle oder dergleichen erfolgen.
Mittels der Temperatur-Kontrolleinrichtung 30 kann auch eine gewünschte, von der lokalen Bestrahlungsdichte 5a bzw. vom jeweiligen Anwendungsfall abhängige Differenz zwischen der mittleren Temperatur ΔT_av und der Nulldurchgangs-Temperatur ΔT_ZC eingestellt werden, wobei die Differenz beispielsweise gemäß Gleichung (3) bestimmt werden kann. Insbesondere kann die zu erwartende lokale Bestrahlungsdichte bzw. Bestrahlungsintensität 5a für bestimmte Betriebsparameter (z. B. Dipol-Beleuchtung, annulare Beleuchtung etc.) im Voraus bestimmt bzw. simuliert werden und z. B. anhand von Gl. (3) eine passende Differenz ΔT_av – ΔT_ZC ermittelt werden. Die Zuordnung zwischen den Betriebsparametern und der jeweils zu wählenden Differenz kann in der Temperatur-Kontrolleinrichtung 30 gespeichert werden, um die gewünschte Differenz in Abhängigkeit von den Betriebsparametern auswählen bzw. einstellen zu können. Es ist aber auch möglich, anhand einer während des Betriebs gemessenen oder simulierten ortsabhängigen Temperaturverteilung an der optischen Oberfläche 31a die Häufigkeitsverteilung der Temperatur an der Oberfläche 31a sowie deren Auswirkungen auf die Form der Oberfläche 31a bzw. die Wellenfrontfehler zu bestimmen bzw. zu berechnen. Diese Informationen können von der Temperatur-Kontrolleinrichtung 30 zur Einstellung der gewünschten Differenz genutzt werden.
Die Temperatur-Kontrolleinrichtung 30 kann insbesondere auch im transienten Fall verwendet werden, d. h. unmittelbar nach dem Beaufschlagen des Projektionsobjektivs 20 mit Beleuchtungsstrahlung 4, bei dem die mittlere Temperatur ΔT_av sowie die maximale und minimale Temperatur ΔT_max, ΔT_min an der Oberfläche 31a des Spiegels 21 (ohne zusätzliche Heizung) zeitabhängig variiert, bis diese einen stationären Temperaturzustand mit konstanter mittlerer Temperatur ΔT_av,s bzw. konstanter maximaler bzw. minimaler Temperatur ΔT_max,s, ΔT_min,s erreicht, vgl. 5.
Um den stationären Temperaturzustand auch ohne Bestrahlung zu erreichen, kann die Temperatur-Kontrolleinrichtung 30 zum Aufheizen der Spiegel 21 bis 24 auf die gewünschte (stationäre) mittlere Temperatur ΔT_av,s verwendet werden, bevor das Projektionsobjektiv 20 mit Beleuchtungsstrahlung beaufschlagt wird. In diesem Fall sollte die Heizleistung der Heizeinrichtung 33a im transienten Fall, bei dem zusätzlich die Beleuchtungsstrahlung vom jeweiligen Substrats 32 absorbiert wird, so angepasst werden, dass die gesamte vom Substrat aufgenommene thermische Leistung (Summe aus Strahlungsleistung und Heizleistung) und damit die mittlere Temperatur des Substrats 32 bzw. der optischen Oberfläche 31a konstant bleibt, d. h. die Heizleistung sollte im transienten Fall nach und nach reduziert werden, um die mittlere Temperatur ΔT_av möglichst konstant zu halten.
Wie oben dargestellt wurde können Wellenfrontaberrationen an den einzelnen Spiegeln 21 bis 24 bzw. des gesamten Projektionsobjektivs 20 minimiert werden, indem die mittlere Temperatur ΔT_av der Spiegeloberfläche und die Nulldurchgangs-Temperatur ΔT_ZC geeignet aneinander angepasst werden. Eine solche Anpassung kann wie oben dargestellt mit Hilfe einer Temperatur-Kontrolleinrichtung 30 erfolgen, welche die mittlere Temperatur ΔT_av an der jeweiligen reflektierenden Oberfläche 31a geeignet einstellt. Die Nulldurchgangs-Temperatur ΔT_ZC lässt sich jedoch nur bei der Herstellung bzw. Konfigurierung des Projektionsobjektivs 20, nicht aber während des Betriebes einstellen. Zur Konfigurierung des Projektionsobjektivs 20 bzw. zur Wahl einer geeigneten Nulldurchgangs-Temperatur ΔT_ZC des Substrat-Materials 32 eines jeweiligen Spiegels 21 bis 24 kann wie folgt vorgegangen werden:
Zunächst wird die im Betriebsfall zu erwartende lokale Bestrahlungsdichte 5a an der optischen Oberfläche 31a des Spiegels 21 bestimmt, wozu typischer Weise eine Computersimulation des in das Projektionsobjektiv 20 eintretenden Beleuchtungsstrahls 4 bzw. des Projektionsstrahls 5 verwendet wird. Aus der lokal variierenden Bestrahlungsdichte 5a wird dann die Temperaturverteilung an der optischen Oberfläche 31a bestimmt, wozu typischer Weise alle Wärmeleitungsmechanismen (Wärmetransport in das Substrat 32, aber auch Wärmestrahlung an der Oberfläche 31a und Wärmeabgabe an das Restgas) berücksichtigt werden. Sofern für die Temperaturverteilung ΔT(x, y) gilt, dass A₁ < A₂ bzw. dass die mittlere Temperatur ΔT_av unter dem aus der minimalen und maximalen Temperatur ΔT_min, ΔT_max gebildeten Mittelwert ½(ΔT_max + ΔT_min) liegt, wird das Material des Substrats so gewählt, dass dessen Nulldurchgangs-Temperatur ΔT_ZC größer ist als die mittlere Temperatur ΔT_av die der zu erwartenden, durch die Bestrahlung erzeugten Betriebstemperatur entspricht.
Bei der mittleren Temperatur ΔT_av im Betriebsfall handelt es sich um die statische Temperatur ΔT_av,s, welche sich nach dem Aufheizen der Spiegel 21 bis 24 einstellt. Es versteht sich aber, dass die mittlere Temperatur ΔT_av im transienten Fall zeitabhängig variiert (vgl. 5), sofern die Temperatur-Kontrolleinrichtung 30 im transienten Fall nicht dafür sorgt, dass die mittlere Temperatur ΔT_av(t) an der optischen Oberfläche 31a im Wesentlichen konstant bleibt. Für die zu einem jeweiligen Zeitpunkt t vorliegende mittlere Temperatur ΔT_av(t) ergibt sich in diesem Fall eine ebenfalls variierende optimale (d. h. die Aberrationen minimierende) Nulldurchgangs-Temperatur ΔT_ZC(t). Da die Nulldurchgangs-Temperatur ΔT_ZC nach der Herstellung des Substrats 32 endgültig festgelegt ist, ist es erforderlich, aus den verschiedenen Nulldurchgangs-Temperaturen ΔT_ZC(t) im transienten Fall eine Auswahl zu treffen. Diese Auswahl kann beispielsweise derart vorgenommen werden, dass die Nulldurchgangs-Temperatur ΔT_ZC(t) zu einem Zeitpunkt t* ausgewählt wird, bei dem der resultierende Wellenfrontfehler am größten ist. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass die Wellenfrontfehler auch bei den ungünstigsten Bedingungen noch innerhalb der Spezifikation liegt.
Beispielsweise kann zur Prüfung, ob der RMS-Wert der Wellenfrontaberrationen die Spezifikation erfüllt, der RMS-Wert mit einem geeigneten Schwellwert verglichen werden, z. B. mit einem Bruchteil (z. B. 1/14, s. o.) der Wellenlänge der EUV-Strahlung, um zu gewährleisten, dass das Projektionsobjektiv 20 beugungsbegrenzt ist. Selbstverständlich können auch andere Maße für den Wellenfrontfehler des Projektionsobjektivs 20 mit entsprechenden Schwellwerten verglichen werden, um festzustellen, ob diese die Spezifikation erfüllen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2008/0004169 A1 [0003]
DE 102008042356 A1 [0022]
WO 2009/059614 A1 [0030]

Claims

Optische Anordnung, insbesondere Projektionsobjektiv (20) für die Mikrolithographie, umfassend: mindestens ein optisches Element (21 bis 24), welches eine optische Oberfläche (31a) sowie ein Substrat (32) umfasst, wobei das Substrat (32) aus einem Material gebildet ist, dessen temperaturabhängiger thermischer Ausdehnungskoeffizient bei einer auf eine Referenztemperatur (T_ref) bezogenen Nulldurchgangs-Temperatur (ΔT_ZC = T_ZC – T_ref) gleich Null ist, wobei die optische Oberfläche (31a) im Betrieb der optischen Anordnung (20) eine von einer lokalen Bestrahlungsdichte (5a) abhängige, auf die Referenztemperatur (T_ref) bezogene ortsabhängige Temperaturverteilung (ΔT(x, y) = T(x, y) – T_Ref) mit einer mittleren Temperatur (ΔT_av), einer minimalen Temperatur (ΔT_min) und einer maximalen Temperatur (ΔT_max) aufweist, wobei die mittlere Temperatur (ΔT_av) kleiner ist als der aus der minimalen Temperatur (ΔT_min) und der maximalen Temperatur (ΔT_max) gebildete Mittelwert (1/2(ΔT_max + ΔT_min)), und wobei die Nulldurchgangs-Temperatur (ΔT_ZC) größer ist als die mittlere Temperatur (ΔT_av).
Optische Anordnung nach Anspruch 1, welche eine Temperiereinrichtung (33a) zur Temperierung des optischen Elements (21) und eine Temperatur-Kontrolleinrichtung (30) aufweist, die zur Einstellung, insbesondere zur Regelung, der mittleren Temperatur (ΔT_av) an der optischen Oberfläche (31a) ausgebildet ist.
Optische Anordnung nach Anspruch 2, bei der die Temperatur-Kontrolleinrichtung (30) ausgebildet ist, die Differenz (ΔT_ZC – ΔT_av) zwischen der Nulldurchgangs-Temperatur (ΔT_ZC) und der mittleren Temperatur (ΔT_av) in Abhängigkeit von der lokalen Bestrahlungsdichte (5a) einzustellen.
Optische Anordnung nach Anspruch 3, bei welcher die Differenz (ΔT_ZC – ΔT_av) zwischen der Nulldurchgangs-Temperatur (ΔT_ZC) und der mittleren Temperatur (ΔT_av) auf ½<δT³>/<δT²> eingestellt ist, wobei δT(x, y) die Abweichung der ortsabhängigen Temperaturverteilung (ΔT(x, y)) von der mittleren Temperatur (ΔT_av) der optischen Oberfläche (31a) bezeichnet.
Optische Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, bei welcher die mittlere Temperatur (ΔT_av) so eingestellt ist, dass ein Maß für den Wellenfrontfehler an der optischen Oberfläche (31a) minimiert ist.
Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei welcher die mittlere Temperatur (ΔT_av) aller optischer Elemente (21 bis 24) der optischen Anordnung (20) so eingestellt ist, dass ein Maß für den Wellenfrontfehler der optischen Anordnung (20) minimiert ist.
Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, bei der das Maß für den Wellenfrontfehler ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: RMS-Wert, Overlay-Fehler, Maßstabsfehler, Telezentrie-Fehler, Tiefenschärfe, Best Focus, Koma und Astigmatismus.
Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, bei der die Temperatur-Kontrolleinrichtung (30) ausgebildet ist, eine Heizleistung der Temperiereinrichtung (33a) an eine vom Substrat (32) absorbierte Strahlungsleistung derart anzupassen, dass die mittlere Temperatur (ΔT_av) konstant bleibt.
Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Nulldurchgangs-Temperatur (T_ZC) um mindestens 0,1 K, bevorzugt um mindestens 0,2 K, insbesondere um mindestens 0,4 K größer ist als die mittlere Temperatur (ΔT_av) der optischen Oberfläche (31a).
Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die optische Oberfläche (31a) einen ersten Flächenanteil (A₁) aufweist, an dem die Temperatur (ΔT(x, y)) größer ist als die mittlere Temperatur (T_av) sowie einen zweiten Flächenanteil (A₂), an dem die Temperatur (ΔT(x, y)) kleiner ist als die mittlere Temperatur (T_av), wobei der erste Flächenanteil (A₁) kleiner ist als der zweite Flächenanteil (A₂).
Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher das optische Element (21) in der Nähe einer Pupillenebene (25) angeordnet ist.
Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher das optische Element (21 bis 24) eine für EUV-Strahlung reflektierende Beschichtung (31) aufweist.
EUV-Lithographieanlage (1), umfassend eine optische Anordnung in Form eines Projektionsobjektivs (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
EUV-Lithographieanlage nach Anspruch 13, die ein Beleuchtungssystem (10) aufweist, welches zur Erzeugung eines Beleuchtungsstrahls (4) mit einer Beleuchtungspupille ausgebildet ist, die eine Pupillenfüllung von weniger als 50%, bevorzugt von weniger als 30%, besonders bevorzugt von weniger als 15%, insbesondere von weniger als 1% aufweist.
Verfahren zum Konfigurieren einer optischen Anordnung, insbesondere eines Projektionsobjektivs (20) für die Mikrolithographie, wobei die optische Anordnung mindestens ein optisches Element (21 bis 24) aufweist, das eine optische Oberfläche (31a) sowie ein Substrat (32) umfasst, wobei das Substrat (32) aus einem Material gebildet ist, dessen temperaturabhängiger thermischer Ausdehnungskoeffizient bei einer auf eine Referenztemperatur (T_ref) bezogenen Nulldurchgangs-Temperatur (ΔT_ZC = T_ZC – T_ref) gleich Null ist, das Verfahren umfassend: Bestimmen einer lokalen Bestrahlungsdichte (5a), die beim Betrieb der optischen Anordnung (20) an der optischen Oberfläche (31a) des optischen Elements (21) erzeugt wird, Bestimmen einer aus der Bestrahlungsdichte (5a) an der optischen Oberfläche (31a) resultierenden, auf eine Referenztemperatur (T_ref) bezogenen ortsabhängigen Temperaturverteilung (ΔT(x, y) = T(x, y) – T_Ref), die eine mittlere Temperatur (ΔT_av), eine minimale Temperatur (ΔT_min) und eine maximale Temperatur (ΔT_max) aufweist, Ermitteln, ob die mittlere Temperatur (ΔT_av) an der optischen Oberfläche (31a) kleiner ist als der aus der minimalen Temperatur (ΔT_min) und der maximalen Temperatur (ΔT_max) gebildete Mittelwert (1/2 (ΔT_max + ΔT_min)), und, wenn dies der Fall ist: Herstellen des optischen Elements (21) aus einem Substrat (32), dessen Nulldurchgangs-Temperatur (ΔT_ZC) größer ist als die mittlere Temperatur (ΔT_av).
Verfahren nach Anspruch 15, weiter umfassend: Bestimmen von durch die ortsabhängig veränderliche Temperaturverteilung (ΔT(x, y)) hervorgerufenen Deformationen (D(x, y)) der optischen Oberfläche (31a), sowie Wählen der Nulldurchgangs-Temperatur (ΔT_ZC) derart, dass ein Maß für den Wellenfrontfehler an der optischen Oberfläche (31a) minimiert wird.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, bei dem das Bestimmen der lokalen Bestrahlungsdichte (5a), der Temperaturverteilung (ΔT(x, y)) und von durch die Temperaturverteilung (ΔT(x, y)) hervorgerufenen Deformationen (D(x, y)) der optischen Oberfläche (31a) für alle optischen Elemente (21 bis 24) der optischen Anordnung (20) durchgeführt wird, und bei dem ein jeweiliges optisches Element (21 bis 24) aus einem Substrat (32) mit einer Nulldurchgangs-Temperatur (ΔT_ZC) hergestellt wird, die so gewählt ist, dass ein Maß für den Wellenfrontfehler der optischen Anordnung (20) minimiert ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 oder 17, bei dem das Maß für den Wellenfrontfehler ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: RMS-Wert, Overlay-Fehler, Maßstabsfehler, Telezentriefehler, Tiefenschärfe, Best Focus, Koma und Astigmatismus.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, bei dem die Temperaturverteilung (ΔT(x, y)) an der optischen Oberfläche (31a) zeitabhängig ist und bei dem für die Wahl der Nulldurchgangs-Temperatur (T_ZC) eine Temperaturverteilung (ΔT(x, y)) zu einem Zeitpunkt herangezogen wird, an dem das Maß für den Wellenfrontfehler maximal ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, weiter umfassend: Wählen der Nulldurchgangs-Temperatur (ΔT_ZC) derart, dass die Nulldurchgangs-Temperatur (ΔT_ZC) eine vorgegebene, von der lokalen Bestrahlungsdichte (5a) abhängige Differenz (ΔT_ZC – ΔT_av) zur mittleren Temperatur (ΔT_av) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 20, bei dem die vorgegebene Differenz (ΔT_ZC – ΔT_av) zwischen der Nulldurchgangs-Temperatur (ΔT_ZC) und der mittleren Temperatur (ΔT_av) durch ½<δT³>/<δT²> gegeben ist, wobei δT(x, y) die Abweichung der ortsabhängigen Temperaturverteilung (ΔT(x, y)) von der mittleren Temperatur (ΔT_av) der optischen Oberfläche (31a) bezeichnet.