DE102014206765A1

DE102014206765A1 - Spiegelanordnung, Projektionsobjektiv und EUV-Lithographieanlage

Info

Publication number: DE102014206765A1
Application number: DE102014206765.0A
Authority: DE
Inventors: Boris Bittner; Norbert Wabra; Sonja Schneider; Ricarda Schneider; Holger Schmidt
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2014-04-08
Filing date: 2014-04-08
Publication date: 2015-10-08
Also published as: TW201602631A; WO2015155061A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Spiegelanordnung (1), umfassend: einen Spiegel (2) mit einem Substrat (3) und mit einer für EUV-Strahlung (9) reflektiven Beschichtung (4), wobei das Substrat (3) aus einem Material mit einem temperaturabhängigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten gebildet ist, der in einem ersten Volumenbereich (V1) bei einer ersten Nulldurchgangs-Temperatur (TZC1) einen Nulldurchgang aufweist und der in mindestens einem zweiten, thermisch aktuierbaren oberflächennahen Volumenbereich (V2) bei einer zweiten, von der ersten verschiedenen Nulldurchgangs-Temperatur (TZC2) einen Nulldurchgang aufweist, sowie mindestens einen thermischen Aktuator (6) zur thermischen Aktuation des zweiten Volumenbereichs (V2) des Substrats (3).

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Spiegelanordnung, welche einen Spiegel mit einem Substrat und mit einer für EUV-Strahlung reflektiven Beschichtung aufweist, ein Projektionsobjektiv für die EUV-Lithographie sowie eine EUV-Lithographieanlage sowie ein Verfahren zum Betrieb einer solchen EUV-Lithographieanlage.
Es ist bekannt, zur Korrektur von Aberrationen in Projektionsobjektiven für die Mikrolithographie Wellenfront-Manipulatoren zu verwenden. Derartige Manipulatoren erzeugen die Wellenfrontkorrektur typischer Weise durch eine mechanische Manipulation, beispielsweise durch Änderung der Position und/oder Erzeugen einer Deformation des als Manipulator dienenden Elementes. Mechanische Manipulatoren können jedoch typischer Weise nur Wellenfrontfehler niedriger Ordnung korrigieren, während Wellenfrontfehler höherer Ordnung, wie sie durch eine hohe thermische Belastung der optischen Elemente hervorgerufen werden können, durch mechanische Manipulatoren in der Regel nicht ausreichend kompensiert werden. Zur Korrektur von Wellenfrontfehlern höherer Ordnung werden daher thermische Aktuatoren eingesetzt, um durch eine gezielte thermische Beeinflussung die optischen Eigenschaften von optischen Elementen zu verändern.
Beispielsweise ist es aus der WO 2009/026970 A1 bekannt, zur Beeinflussung der Temperaturverteilung in einer optischen Korrektureinrichtung, die aus mindestens zwei sich in ihrer Eignung zum Wärmetransport bzw. ihrer Wärmeleitfähigkeit unterscheidenden Teilelementen hergestellt ist, thermische Aktuatoren vorzusehen. Bei der optischen Korrektureinrichtung kann es sich um ein optisches Element handeln, beispielsweise um eine Linse oder um einen Spiegel. Bei den thermischen Aktuatoren kann es sich um Widerstands-Heizelemente handeln, die in einer Rasteranordnung angeordnet sind, um der Korrektureinrichtung gezielt lokal Wärme zuzuführen.
In der US 8,111,378 B2 wird zur Korrektur einer Abbildungs-Eigenschaft eines Projektionssystems in einer Projektionsbelichtungsanlage für den VUV-Wellenlängenbereich vorgeschlagen, zumindest einen Teil eines optischen Elements, typischer Weise einer Linse, über ein räumlichen Wellenleitermechanismus mit Strahlung in einem Wellenlängenbereich zu beaufschlagen, der sich von einem Wellenlängenbereich eines Belichtungsstrahls der Projektionsbelichtungsanlage unterscheidet. Bei Lithographieanlagen für den EUV-Wellenlängenbereich, d.h. für Wellenlängen im Bereich zwischen ca. 5 nm und ca. 35 nm, werden typischer Weise nur reflektierende optische Elemente (Spiegel) eingesetzt, die aufgrund der extrem hohen Anforderungen an geometrische Toleranzen und Stabilität, die an die Spiegel-Oberflächen insbesondere in dort verwendeten Projektionsobjektiven zu stellen sind, ein Substrat aufweisen, welches im Bereich der dort verwendeten Betriebstemperaturen nur einen sehr geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten („coefficient of thermal expansion“, CTE) aufweist. Derartige Substrat-Materialien weisen 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.
Die Abhängigkeit der thermischen Ausdehnung (Längenänderung) derartiger 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.
Aus der WO 2013/110518 ist es bekannt, die Betriebstemperatur (bzw. die mittlere Temperatur) und die Nulldurchgangs-Temperatur eines Spiegelelements einer optischen Anordnung so aufeinander abzustimmen, dass Wellenfrontfehler verringert bzw. minimiert werden. Bei einer im Betrieb der optischen Anordnung auftretenden, von einer lokalen Bestrahlungsdichte abhängigen ortsabhängigen Temperaturverteilung an der optischen Oberfläche des Spiegelelements wird hierbei für den Fall, dass die mittlere Temperatur kleiner ist als der Mittelwert der minimalen Temperatur und der maximalen Temperatur an der optischen Oberfläche aus einem Substrat hergestellt, dessen Nulldurchgangs-Temperatur größer ist als die mittlere Temperatur an der optischen Oberfläche des Spiegelelements.
Um ein möglichst homogenes Temperaturprofil an der Oberfläche eines EUV-Spiegels zu erzeugen, ist es aus der WO 2012/013747 A1 bekannt, die ortsabhängige Temperaturverteilung in dem Substrat mit Hilfe einer Temperiereinrichtung in zwei oder drei Raumrichtungen zu kontrollieren. Die Temperiereinrichtung kann Widerstands-Heizelemente, Peltier-Elemente, etc. aufweisen, die in einer Rasteranordnung angeordnet sein können. Es kann auch mindestens eine Strahlungsquelle vorgesehen sein, die durch Wärmestrahlung (IR-Strahlung) auf das Substrat einwirkt, um dieses thermisch zu beeinflussen.
Soll ein Spiegel für die EUV-Lithographie als thermischer Manipulator eingesetzt werden, sollte dieser, insbesondere dessen optische Oberfläche, eine hohe Sensitivität für Temperaturschwankungen aufweisen. Ein Spiegel für die EUV-Lithographie wird jedoch im Betrieb zusätzlich mit EUV-Strahlung beaufschlagt, die eine hohe Wärmelast in den Spiegel einbringt, was zu starken parasitären Fehlern in der Wellenfront führen kann, wenn die Sensitivität des Spiegels für Temperaturschwankungen zu groß ist.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Spiegelanordnung, ein Projektionsobjektiv mit einer solchen Spiegelanordnung sowie eine EUV-Lithographieanlage und ein Verfahren zum Betrieb einer EUV-Lithographieanlage bereitzustellen, bei denen die optischen Eigenschaften eines als thermischer Manipulator zur Korrektur von Wellenfrontfehlern genutzten Spiegels verbessert werden.
Gegenstand der Erfindung
Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt gelöst durch eine Spiegelanordnung, umfassend: einen Spiegel mit einem Substrat und mit einer für EUV-Strahlung reflektiven Beschichtung, wobei das Substrat aus einem Material mit einem temperaturabhängigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten gebildet ist, der in einem ersten Volumenbereich bei einer ersten Nulldurchgangs-Temperatur einen Nulldurchgang aufweist und der in mindestens einem zweiten, oberflächennahen Volumenbereich bei einer zweiten, von der ersten verschiedenen Nulldurchgangs-Temperatur einen Nulldurchgang aufweist. Die Spiegelanordnung umfasst auch mindestens einen thermischen Aktuator zur thermischen Aktuation des zweiten Volumenbereichs des Substrats.
Die Aufgabe wird gemäß einem zweiten Aspekt gelöst durch eine Spiegelanordnung umfassend: einen Spiegel mit einem Substrat und mit einer für EUV-Strahlung reflektiven Beschichtung, wobei zwischen dem Substrat und der reflektiven Beschichtung mindestens eine thermisch aktuierbare Schicht aus einem Material mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten von mehr als 10 × 10^–6/K, bevorzugt von mehr als 50 × 10^–6/K, aufgebracht ist, sowie mindestens einen thermischen Aktuator zur thermischen Aktuation der thermisch aktuierbaren Schicht.
Bei einer Weiterbildung der Spiegelanordnung gemäß dem zweiten Aspekt ist das Substrat aus einem Material mit einem temperaturabhängigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten gebildet, der in einem ersten Volumenbereich bei einer ersten Nulldurchgangs-Temperatur einen Nulldurchgang aufweist und der in mindestens einem zweiten, oberflächennahen Volumenbereich bei einer zweiten, von der ersten verschiedenen Nulldurchgangs-Temperatur einen Nulldurchgang aufweist. Es ist mindestens ein thermischer Aktuator zur thermischen Aktuation des zweiten Volumenbereichs des Substrats vorgesehen.
Das Substrat des Spiegels kann einen oder mehrere oberflächennahe Volumenbereiche aufweisen, die eine höhere Sensitivität für Temperaturschwankungen aufweisen als dies in dem ersten Volumenbereich der Fall ist, der typischer Weise den Großteil, d.h. mehr als ca. 95% des Substratvolumens ausmacht. Alternativ oder zusätzlich kann der Spiegel der Spiegelanordnung eine thermisch aktuierbare Schicht aufweisen, d.h. eine Schicht, die einen hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist und die daher eine hohe Sensitivität für Temperaturschwankungen bzw. für eine gezielte thermische Beeinflussung besitzt. Sowohl der bzw. die zweiten Volumenbereiche als auch die thermisch aktuierbare Schicht sind vergleichsweise dünn bzw. weisen nur ein geringes Volumen auf, so dass bei deren thermischer Beeinflussung Deformationen bzw. Längenänderungen auftreten, die im Vergleich zum gesamten Volumen bzw. der gesamten Dicke des Substrats vergleichsweise klein sind. Mittels des thermisch aktuierbaren zweiten Volumenbereichs bzw. der thermisch aktuierbaren Schicht können daher nur vergleichsweise kleine Deformationen an dem Spiegel erzeugt werden, die aber ausreichend sind, um Wellenfrontfehler zu korrigieren.
Bei einer Ausführungsform der Spiegelanordnung unterscheidet sich die zweite Nulldurchgangs-Temperatur um mehr als 2 K, bevorzugt um mehr als 5 K, insbesondere um mehr als 10 K von der ersten Nulldurchgangs-Temperatur. Die erste Nulldurchgangs-Temperatur stimmt typischer Weise im Wesentlichen mit der in dem Substrat im Betrieb des Spiegels in einer optischen Anordnung, insbesondere einer EUV-Lithographieanlage, zu erwartenden (mittleren) Betriebstemperatur überein, die durch die thermische Beaufschlagung der optischen Oberfläche des Spiegels mit EUV-Strahlung hervorgerufen wird. Bei kleinen Fluktuationen der Betriebstemperatur des Spiegels um die Nulldurchgangs-Temperatur herum treten nur kleine thermisch bedingte Deformationen auf, so dass die Sensitivität des ersten Volumenbereichs für Temperaturschwankungen gering ist.
Die Nulldurchgangs-Temperatur des zweiten Volumenbereichs weicht von der Nulldurchgangs-Temperatur in dem ersten Volumenbereich um mindestens 2 K ab. Entspricht die Temperatur in dem zweiten Volumenbereich der Betriebstemperatur, ist die thermische Ausdehnung des zweiten Volumenbereichs nicht extremal, d.h. der thermische Ausdehnungskoeffizient bei der Betriebstemperatur des Spiegels ist in dem zweiten Volumenbereich größer als in dem ersten Volumenbereich. Der zweite Volumenbereich weist daher für eine gezielte thermische Beeinflussung, bei der in dem zweiten Volumenbereich eine von der Betriebstemperatur abweichende Temperatur erzeugt wird, eine höhere Sensitivität auf als der erste Volumenbereich und eignet sich somit für eine gezielte thermische Manipulation bzw. Deformation der optischen Oberfläche des Spiegels.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Spiegelanordnung gemäß dem zweiten Aspekt ist das Material der thermisch aktuierbaren Schicht ausgewählt aus der Gruppe umfassend: ZrMo₂O₈, ZrW₂O₈, Zr₂(MoO₄)₃, Zr₂(WO₄)₃, Y₂W₃O₁₂, BiNiO₃, Rh, Cu, Mo, Zr, Nb, Y, Si, Ge, Ni, NiSi, Ru, RuO₂ und Gemengen oder Verbindungen, die diese Stoffe enthalten. Die hier genannten Materialien weisen einerseits einen hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf und haben andererseits eine geringe Oberflächenrauhigkeit nach dem Polieren, was das Aufbringen der reflektiven Beschichtung vereinfacht.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist der oberflächennahe, thermisch aktuierbare Volumenbereich an einer der reflektierenden Beschichtung zugewandten Oberfläche des Substrats oder an einer seitlichen Oberfläche des Substrats gebildet. Das Vorsehen des für die thermische Aktuation genutzten Volumenbereichs in der Nähe der reflektierenden Beschichtung ist vorteilhaft, da das mittels des thermischen Aktuators erzeugte Thermalprofil bzw. die von dem thermischen Aktuator erzeugte Temperaturverteilung sich direkt auf die optische Oberfläche auswirkt, deren Oberflächengeometrie manipuliert werden soll. Bei der Anbringung des oberflächennahen Volumenbereichs an der der reflektierenden Beschichtung gegenüber liegenden Oberfläche des Substrats müsste demgegenüber die mittels des thermischen Aktuators eingebrachte Wärme- bzw. Temperaturverteilung durch das Substrat hindurch propagieren, wobei das Thermalprofil aufgrund der Wärmeleitung zerfließen würde, d.h. die Auflösung des mittels eines an dieser Stelle angeordneten Aktuators erzeugten Thermalprofils wäre geringer.
Das seitliche Vorsehen des zweiten Volumenbereichs an dem Substrat ermöglicht es, gezielt einen randseitigen Teilbereich der optischen Oberfläche bzw. des Substrats thermisch zu beeinflussen. Der zweite Volumenbereich kann sich hierbei insbesondere streifenförmig in Dickenrichtung des Substrats an der seitlichen Oberfläche erstrecken und in Umfangsrichtung auf einen vergleichsweise kleinen Winkelbereich von z.B. 10° oder weniger beschränkt sein. Insbesondere können mehrere oberflächennahe Volumenbereiche entlang der typischer Weise im Wesentlichen(kreis-)zylindrischen umlaufenden seitlichen Oberfläche des Substrats angeordnet werden. Die zweiten Volumenbereiche können entlang des Umfangs des Substrats so angeordnet sein, dass gezielt bestimmte Wellenfrontfehler korrigiert werden können. Beispielsweise kann durch das Vorsehen von zweiten Volumenbereichen an einander diametral gegenüber liegenden Orten an der seitlichen Oberfläche gezielt eine astigmatische Verformung der optischen Oberfläche des Spiegels erzeugt werden. Es versteht sich, dass sich durch geeignete andere geometrische Anordnungen der zweiten Volumenbereiche komplexere Verformungen der optischen Oberfläche und damit komplexere optische Wirkungen erzielen lassen.
In einer Ausführungsform erstreckt sich der oberflächennahe Volumenbereich ausgehend von der Oberfläche des Substrats bis zu einer maximalen Tiefe von 5 μm. Der oberflächennahe Volumenbereich sollte eine ausreichende Dicke aufweisen, um die gewünschte thermisch bedingte Deformation der optischen Oberfläche zu erzeugen, die für die Wellenfrontkorrektur erforderlich ist. Es ist aber in der Regel nicht günstig, den thermisch aktuierbaren zweiten Volumenbereich zu weit in das Volumen des Substrats auszudehnen. Auch die thermisch aktuierbare Schicht weist eine ausreichende Dicke auf, um die gewünschte Deformation der optischen Oberfläche zu erzeugen. Die Dicke der thermisch aktuierbaren Schicht kann abhängig vom verwendeten Material beispielsweise bei mehr als 50 nm. In der Regel weist die thermisch aktuierbare Schicht eine Schichtdicke auf, die weniger als ca. 0,5 μm beträgt.
In einer weiteren Ausführungsform ist der thermische Aktuator als Heizeinrichtung ausgebildet. Die Heizeinrichtung kann ausgebildet sein, einen Wärmeeintrag in den Spiegel zu erzeugen, ohne dass ein Heizelement mit dem Spiegel in Berührung kommt, es ist aber auch möglich, dass die Heizeinrichtung einen Wärmeeintrag durch Kontaktwärme erzeugt. Es versteht sich, dass an Stelle einer Heizeinrichtung auch eine Kühleinrichtung als thermischer Aktuator verwendet werden kann, die Kühlelemente beispielsweise in Form von Peltier-Elementen aufweist. Auch ein thermischer Aktuator, der eine Kombination von Heiz- und Kühleinrichtungen aufweist, ist möglich.
Bei einer Weiterbildung weist die Heizeinrichtung eine Mehrzahl von Widerstands-Heizelementen auf, die elektrische Energie in Wärmeenergie umwandeln, wenn diese von einem elektrischen Strom durchflossen werden. Die Widerstands-Heizelemente sind bevorzugt in einer Rasteranordnung bzw. in einem Gitter angeordnet. Bei den Widerstands-Heizelementen kann es sich insbesondere um (dünne) Heizdrähte handeln, die entlang von Zeilen und Spalten eines Rasters verlaufen und deren Stromzufuhr individuell eingestellt werden kann, so dass mit der Rasteranordnung ein Thermalprofil mit einer Auflösung erzeugt werden kann, die im Idealfall dem Abstand zwischen den Heizdrähten entspricht. Die Abstände zwischen den Heizelementen können über das Raster konstant bleiben, es ist aber auch möglich, die Abstände zwischen den Heizelementen zu variieren, um in bestimmten Oberflächenbereichen der optischen Oberfläche gezielt eine höhere Auflösung zu erzeugen als in anderen.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung sind die Widerstands-Heizelemente an einer der reflektierenden Beschichtung zugewandten Oberfläche des Substrats angeordnet. Die Widerstands-Heizelemente können unmittelbar auf die Oberseite des Substrats aufgebracht werden, beispielsweise in Form eines Schaltkreises, wie dies in der eingangs zitierten WO 2012/013747 A1 beschrieben ist. Die Widerstands-Heizelemente können mit einer Isolator-Schicht, d.h. einer nicht elektrisch leitenden Schicht bedeckt werden, die insbesondere als thermisch aktuierbare Schicht ausgebildet sein kann. Die Widerstands-Heizelemente können alternativ oder zusätzlich zur thermischen Aktuation der Schicht auch dazu dienen, den angrenzenden oberflächennahen Volumenbereich des Substrats aufzuheizen.
Bei einer weiteren Weiterbildung weist die Heizeinrichtung mindestens eine Strahlungsquelle zur Erzeugung von Heizstrahlung auf. Die Strahlungsquelle kann zur Erzeugung von Infrarot-Strahlung ausgebildet sein, beispielsweise in Form eines IR-Lasers oder als IR-Laserdiode. Die Strahlungsquelle ist typischer Weise so positioniert und ausgerichtet, dass die Heizstrahlung gezielt auf einen Oberflächenbereich Substrats, an dem der thermisch aktuierbare zweite Volumenbereich angebracht ist bzw. auf die thermisch aktuierbare Schicht eingestrahlt werden kann. Es kann eine Strahlungsführungseinrichtung vorgesehen sein, welche die Heizstrahlung an eine gewünschte Position führt und auf den Spiegel ausrichtet. Die Strahlungsführungseinrichtung kann beispielsweise in Form von Glasfasern, Wellenleitern, etc. ausgebildet sein.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Projektionsobjektiv für die EUV-Lithographie, umfassend: eine Mehrzahl von Spiegeln, wobei einer der Mehrzahl von Spiegeln ein thermisch aktuierbarer Spiegel einer Spiegelanordnung ist, wie sie oben beschrieben wurde. In der Regel ist lediglich einer der Spiegel des Projektionsobjektivs thermisch aktuierbar, es können aber ggf. auch mehrere Spiegelanordnungen mit mehreren thermisch aktuierbaren Spiegeln in dem Projektionsobjektiv angeordnet sein, wie weiter unten beschrieben wird. Die Eignung eines Spiegels des Projektionsobjektivs als thermisch aktuierbarer Spiegel hängt unter anderem von der Position des Spiegels im Strahlengang des Projektionsobjektivs ab, d.h. nicht alle Spiegel des Projektionsobjektivs eignen sich gleichermaßen als thermisch aktuierbare Spiegel. Die maximale Anzahl der thermisch aktuierbaren Spiegel bzw. Spiegelanordnungen liegt daher typischer Weise maximal bei der Hälfte der Gesamtzahl der Spiegel des Projektionsobjektivs.
Bei einer Ausführungsform ist der thermisch aktuierbare Spiegel an einer Position im Strahlengang des Projektionsobjektivs angeordnet, an der eine durch EUV-Strahlung auf den Spiegel aufgebrachte Wärmelast bei weniger als 50 % einer durch EUV-Strahlung auf einen ersten Spiegel im Strahlengang des Projektionsobjektivs aufgebrachten Wärmelast liegt. An einem EUV-Spiegel wird typischer Weise nur ein Anteil von maximal ca. 70 % der auftreffenden EUV-Strahlung reflektiert, der Rest wird vom Spiegel absorbiert. Die auf einen weiteren EUV-Spiegel, der im Strahlengang nachfolgend angeordnet ist, auftreffende Leistung der EUV-Strahlung und somit auch die Wärmelast ist um einen entsprechenden Anteil reduziert.
Um bei dem thermisch aktuierbaren Spiegel einerseits eine möglichst hohe Sensitivität auf Temperaturänderungen zu realisieren und andererseits unerwünschte parasitäre Fehler in der Wellenfront zu vermeiden, die bei der Bestrahlung mit EUV-Strahlung durch eine zu hohe thermische Sensitivität hervorgerufen werden könnten, sollte der thermal aktuierbare Spiegel nur eine möglichst kleine Wärmelast aufnehmen, d.h. an einem Ort im Strahlengang der EUV-Strahlung angeordnet werden, an welcher die Leistung der auftreffenden EUV-Strahlung vergleichsweise gering ist.
Bei einer Ausführungsform ist der thermal aktuierbare Spiegel an einer Position im Strahlengang des Projektionsobjektivs angeordnet, an der eine durch die EUV-Strahlung auf den Spiegel aufgebrachte Wärmelast kleiner ist als der Median der durch die EUV-Strahlung auf die (d.h. auf alle) Spiegel des Projektionsobjektivs aufgebrachten Wärmelasten. Wie weiter oben dargestellt wurde, befindet sich eine solche Position typischer Weise im hinteren Teil des Projektionsobjektivs, d.h. in einem Bereich im Strahlengang der EUV-Strahlung, an dem die Wärmelast eines jeweiligen Spiegels geringer ist als der Median der Wärmelasten aller Spiegel des Projektionsobjektivs.
Bei einer ungeraden Anzahl n von Spiegeln in dem Projektionsobjektiv, die nach der Stärke der auf diese auftreffenden Wärmelast sortiert sind, ist der Median diejenige Wärmelast, die auf den (n + 1)/2-ten Spiegel des Projektionsobjektivs aufgebracht wird. Bei einer geraden Anzahl n von Spiegeln in dem Projektionsobjektiv, die nach der Stärke der auf diese auftreffenden Wärmelast sortiert sind, ist der Medianwert der Mittelwert der Wärmelasten, die auf den n/2-ten und den (n + 1)/2-ten Spiegel aufgebracht werden.
Bevorzugt bildet der thermisch aktuierbare Spiegel den im Strahlengang letzten oder vorletzten Spiegel des Projektionsobjektivs. Wie weiter oben beschrieben wurde, ist die thermische Belastung auf dem vorletzten und insbesondere auf dem letzten Spiegel des Projektionsobjektivs am geringsten, so dass sich diese Spiegel besonders gut als thermisch aktuierbare Spiegel eignen.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist der thermisch aktuierbare Spiegel einen optisch genutzten Oberflächenbereich auf, der größer ist als der Median der optisch genutzten Oberflächenbereiche der (d.h. aller) Spiegel des Projektionsobjektivs. Der optisch genutzte Oberflächenbereich ist diejenige Fläche der optischen Oberfläche, die innerhalb des Strahlengangs der EUV-Strahlung angeordnet ist. In der Regel weisen Spiegel, die einen großen optisch genutzten Oberflächenbereich haben auch einen großen Spiegeldurchmesser auf, so dass ein zur Größe des optisch genutzten Oberflächenbereichs äquivalentes Maß der Durchmesser des Spiegels bzw. die mit der reflektiven Beschichtung versehene Fläche (bzw. deren Flächeninhalt) ist.
Reflektive Beschichtungen für EUV-Strahlung sind nur für einen eingeschränkten Temperaturbereich ausgelegt. Daher ist für einen thermal manipulierbaren Spiegel eine zu starke lokale Temperaturänderung nicht günstig, d.h. die maximale Heiz- und Kühlleistung, die in den Spiegel eingebracht werden können, sind beschränkt. Bei gegebener Heiz- und Kühlleistung ist die mögliche maximale Ortsauflösung eines durch die thermale Aktuierung erzeugten Temperaturprofils durch die Subaperturgröße bzw. die Spiegelgröße beschränkt. Somit ist die Verwendung eines großen Spiegels (mit großer Subapertur bzw. optisch genutztem Oberflächenbereich) als thermal aktuierbarer Spiegel vorteilhaft, wenn kleine Strukturen in der Wellenfront korrigiert werden sollen. In einer Weiterbildung ist der thermisch aktuierbare Spiegel ein pupillennaher Spiegel des Projektionsobjektivs. Bei pupillennahen Spiegeln, d.h. bei Spiegeln, die sich in der Nähe einer Pupillenebene des Projektionsobjektivs befinden, treten insbesondere bei kritischen Beleuchtungseinstellungen eines dem Projektionsobjektivs vorgelagerten Beleuchtungssystems kleine zu korrigierende Strukturen in der Wellenfront auf. Daher ist eine Spiegelanordnung mit einem thermisch aktuierbaren großen Spiegel, der pupillennah angeordnet ist, besonders vorteilhaft.
Unter einem pupillennahen Spiegel in einem Projektionsobjektiv, welches ein Objektfeld mit einer maximalen Objekthöhe unter einer gegebenen Apertur auf ein Bildfeld abbildet, wird im Sinne dieser Anmeldung ein Spiegel verstanden, bei dem das Verhältnis von Hauptstrahlhöhe H zu Randstrahlhöhe R kleiner als 0,5, bevorzugt kleiner als 0,2 ist. Die Hauptstrahlhöhe H und die Randstrahlhöhe R werden ausgehend von einem Objektpunkt mit maximaler Objekthöhe gemessen, und zwar in einer gegebenen Ebene, welche parallel zu einer Pupillenebene des Projektionsobjektivs verläuft.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine EUV-Lithographieanlage, die ein Projektionsobjektiv aufweist, das wie weiter oben beschrieben ausgebildet ist. Die EUV-Lithographieanlage weist zusätzlich zu dem Projektionsobjektiv ein Beleuchtungssystem auf, welches ein durch das Projektionsobjektiv auf ein Bildfeld abzubildendes Objektfeld möglichst homogen ausleuchtet. Die EUV-Lithographieanlage weist auch eine EUV-Strahlungsquelle zur Erzeugung der EUV-Strahlung auf.
Bei einer Ausführungsform umfasst die EUV-Lithographieanlage zusätzlich eine Temperatur-Kontrolleinrichtung zur Steuerung oder Regelung des thermischen Aktuators der Spiegelanordnung. Der thermische Aktuator kann von der Temperatur-Kontrolleinrichtung in Abhängigkeit von der abzubildenden Struktur der Maske bzw. des Objekts, von den Beleuchtungseinstellungen des Beleuchtungssystems etc. angesteuert werden, um Wellenfrontfehler in dem Projektionsobjektiv zu korrigieren. Sofern einer oder mehrere Sensoren zur Erfassung der Temperatur bzw. der Temperaturverteilung des thermisch aktuierbaren Spiegels, insbesondere an der optischen Oberfläche des thermisch aktuierbaren Spiegels, in der EUV-Lithographieanlage vorgesehen sind, kann auch eine Regelung des thermischen Aktuators zur Erzeugung eines gewünschten Temperaturprofils an der optischen Oberfläche erfolgen. Das an der optischen Oberfläche mittels des thermischen Aktuators erzeugte Temperaturprofil führt zu einer Deformation der optischen Oberfläche, in Abhängigkeit von den optischen Eigenschaften des Projektionsobjektivs so gewählt ist, dass Wellenfrontfehler des Projektionsobjektivs korrigiert werden können.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben einer solchen EUV-Lithographieanlage, bei dem während des Betriebs der EUV-Lithographieanlage der thermisch aktuierbare Spiegel durch die Temperatur-Kontrolleinrichtung gesteuert oder geregelt wird.
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 Spiegelanordnung mit einem EUV-Spiegel mit einer thermisch aktuierbaren Schicht sowie mit einem thermischen Aktuator,
2 eine schematische Darstellung einer Spiegelanordnung analog 1, bei welcher der EUV-Spiegel ein Substrat mit einem thermisch aktuierbaren Volumenbereich aufweist,
3 eine schematische Darstellung einer Spiegelanordnung, bei welcher mehrere thermisch aktuierbare Volumenbereiche sowie mehrere Strahlungsquellen zu deren thermischer Aktuation vorgesehen sind,
4 eine schematische Darstellung einer EUV-Lithographieanlage mit einer EUV-Lichtquelle zur Erzeugung von EUV-Strahlung und einem Projektionsobjektiv mit einem thermisch aktuierbaren Spiegel,
5 eine Darstellung der Wärmelast an sechs Spiegeln des Projektionsobjektivs von 4,
6a, b Darstellungen einer mittels eines thermischen Aktuators erzeugten Temperaturverteilung an einer optischen Oberfläche des letzten Spiegels des Projektionsobjektivs von 4, und
7a, b Darstellungen einer mittels eines thermischen Aktuators erzeugten Temperaturverteilung an einem vorletzten Spiegel des Projektionsobjektivs von 4.
In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen werden für gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile identische Bezugszeichen verwendet.
In 1 ist schematisch eine Spiegelanordnung 1 gezeigt, welche einen EUV-Spiegel 2 mit einem Substrat 3, einer reflektierenden Beschichtung 4 sowie mit einer thermisch aktuierbaren Schicht 5 aufweist, die zwischen dem Substrat 3 und der reflektierenden Beschichtung 4 angeordnet ist. Die Spiegelanordnung 1 umfasst auch einen thermischen Aktuator 6, welcher eine Mehrzahl von Widerstands-Heizelementen 7 in Form von Heizdrähten umfasst, die in einer Rasteranordnung, d.h. in einer regelmäßigen Anordnung in Zeilen und Spalten, an der der reflektiven Beschichtung 4 zugewandten Oberfläche 3a des Substrats 3 aufgebracht sind.
Die Widerstands-Heizelemente 7 aktuieren mindestens 50 %, bevorzugt mindestens 90 % der mit der reflektiven Beschichtung 4 versehenen Oberfläche 3a des Substrats 3. Der thermische Aktuator 6 weist eine Spannungsquelle 8 auf, welche die Widerstands-Heizelemente 7 mit einer für jedes der Heizelemente 7 individuell einstellbaren Stromstärke versorgt, um ein lokal variierendes Temperaturprofil an einer optischen Oberfläche 4a an der Oberseite der reflektierenden Beschichtung 4 zu erzeugen, an der auf den Spiegel 2 auftreffende EUV-Strahlung 9 reflektiert wird.
Die thermisch aktuierbare Schicht 5 besteht aus einem Material, welches einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten CTE von mehr als 10 × 10^–6/K, bevorzugt von mehr als 50 × 10^–6/K aufweist. Im gezeigten Fall, bei dem die Heizdrähte 7 auf dem Substrat 3 aufgebracht sind, ist es erforderlich, dass die thermisch aktuierbare Schicht 5 aus elektrisch isolierenden Material besteht, um die reflektierende Beschichtung 4 von den Heizdrähten 7 des thermischen Aktuators 6 elektrisch zu isolieren. Die thermisch aktuierbare Schicht 5 besteht im gezeigten Beispiel aus ZrMo₂O₈, kann aber auch aus anderen Materialien gebildet sein, beispielsweise aus ZrW₂O₈, Zr₂(MoO₄)₃, Zr₂(WO₄)₃, Y₂W₃O₁₂, BiNiO₃, Rh, Cu, Mo, Zr, Nb, Y, Si, Ge, Ni, NiSi, Ru, RuO₂ bzw. aus Gemengen oder Verbindungen, die diese Stoffe enthalten. Es versteht sich, dass für den Fall, dass die Heizdrähte 7 nicht mit der thermisch aktuierbaren Schicht 5 in Kontakt kommen, die thermisch aktuierbare Schicht 5 auch aus einem elektrisch leitfähigen Material, beispielsweise aus BiNiO₃ gebildet sein kann. In diesem Fall kann die thermisch aktuierbare Schicht 5 beispielsweise auf eine Isolatorschicht, z.B. aus Quarz, aufgebracht werden, welche die Heizdrähte 7 vollflächig bedeckt und elektrisch isoliert. Im gezeigten Beispiel weist die thermisch aktuierbare Schicht 5 eine Schichtdicke auf, die bei weniger als ca. 0,5 μm und bei mehr als 50 nm liegt.
Wie beispielhaft in 1 zu erkennen ist, erwärmt der thermische Aktuator 6 die thermisch aktuierbare Schicht 5, die sich aufgrund des hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auch bei vergleichsweise kleinem Wärmeeintrag vergleichsweise stark ausdehnt. Wie in 1 ebenfalls zu erkennen ist, überträgt sich die lokale Deformation der thermisch aktuierbaren Schicht 5 überträgt auf die reflektive Beschichtung 4 bzw. auf die optische Oberfläche 4a.
Die reflektive Beschichtung 4 weist – wie in 1 angedeutet ist – eine Mehrzahl von (nicht näher bezeichneten) Einzelschichten auf, die typischer Weise aus Schichtpaaren aus zwei Materialien mit unterschiedlichen Brechungsindizes bestehen. Wird EUV-Strahlung bei einer Wellenlänge im Bereich von 13,5 nm verwendet, so bestehen die Einzelschichten üblicherweise aus Molybdän und Silizium. In Abhängigkeit von der verwendeten Wellenlänge sind andere Materialkombinationen wie z.B. Molybdän und Beryllium, Ruthenium und Beryllium oder Lanthan und Materialien wie Rhodium, Palladium, Silber ebenfalls möglich. Zusätzlich zu den Einzelschichten kann die reflektive Beschichtung 4 auch Zwischenschichten zur Verhinderung von Diffusion sowie eine Deckschicht bzw. ein Deckschichtsystem zur Verhinderung von Oxidation bzw. Korrosion beinhalten. Zwischen der thermisch aktuierbaren Schicht 5 und der reflektierenden Beschichtung 4 kann eine oder es können mehrere funktionelle Schichten vorgesehen sein, beispielsweise Schichten, welche das Substrat 3 vor der EUV-Strahlung 9 zu schützen.
Der in 1 gezeigte Spiegel 2 weist ein Substrat 3 aus mit Titan dotiertem Quarzglas mit einem Silikatglasanteil von mehr als 80 % auf. Ein solches auf dem Markt erhältliches Silikatglas wird unter dem Namen ULE^® (Ultra Low Expansion glass) vertrieben. Die Nulldurchgangs-Temperatur T_ZC eines solchen Glases kann über den TiO₂-Anteil des Quarzglasmaterials in gewissen Grenzen eingestellt werden und ist im gezeigten Beispiel so gewählt, dass das Substrat 3 eine gewünschte (über das gesamte Substratvolumen typischer Weise möglichst konstante) Nulldurchgangs-Temperatur T_ZC aufweist. Die Verwendung eines so genannten Nulldurchgangs-Materials, d.h. eines Materials, bei welcher der thermische Ausdehnungskoeffizient im relevanten Temperaturbereich zwischen ca. 15° und in der Regel maximal ca. 100° einen Nulldurchgang aufweist, ist erforderlich, um die hohen Anforderungen an die geometrischen Toleranzen an den Spiegel 2 zu erfüllen.
Alternativ zur Verwendung eines dotierten Quarzglases, speziell eines TiO₂-dotierten Quarzglases, ist es auch möglich, als Nulldurchgangs-Material Glaskeramiken zu verwenden, 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 dem Namen Zerodur^® bzw. unter dem Namen Clearceram^® angeboten.
Die Nulldurchgangs-Temperatur T_ZC in dem Volumen des Substrats 3 wird typischer Weise so gewählt, dass diese der (mittleren) Betriebstemperatur T_B des Spiegels 2 beim Betrieb in einer optischen Anordnung, beispielsweise einem Projektionsobjektiv, entspricht. Die stationäre Betriebstemperatur T_B, die sich an dem Spiegel 2 im Betrieb einstellt, ist von der thermischen Belastung durch die auf den Spiegel 2 auftreffende EUV-Strahlung 9, vom Wärmetransport im Volumen des Substrats 3 sowie von im Bereich des Substrats 2 angebrachten Wärmesenken zur Abfuhr der Wärmelast abhängig. Die (mittlere) Betriebstemperatur T_B des Spiegels 2 kann durch Simulationen berechnet oder experimentell bestimmt werden. Kleine insbesondere lokale Abweichungen der Betriebstemperatur T_B von der Nulldurchgangs-Temperatur T_ZC, bei welcher die thermische Ausdehnung des Substrats 3 ein Minimum aufweist, führen nur zu geringen Deformationen des Substrats 3, d.h. der Spiegel 2 ist nicht sensitiv für kleine Temperaturfluktuationen um die Betriebstemperatur T_B herum.
2 zeigt einen Spiegel 2 mit einem Substrat 3, welches einen ersten Volumenbereich V1 aufweist, der den Grundkörper des Substrats 2 bildet, sowie einen zweiten, deutlich kleineren Volumenbereich V2, der benachbart zur der der reflektierenden Beschichtung 4 zugewandten Oberfläche 3a des Substrats 3 angeordnet ist. Der zweite Volumenbereich V2 weist eine zweite Nulldurchgangs-Temperatur T_ZC2 auf, welche von der ersten Nulldurchgangs-Temperatur T_ZC1 um einen Betrag von mehr als 2 K, ggf. von mehr als 5 K oder von mehr als 10 K abweicht, d.h. die Differenz zwischen der ersten und der zweiten Nulldurchgangs-Temperatur ist |T_ZC1 – T_ZC2| > 2 K bzw. |T_ZC1 – T_ZC2| > 5 K, insbesondere |T_ZC1 – T_ZC2| > 10 K.
Durch die Abweichung der zweiten Nulldurchgangs-Temperatur T_ZC2 von der ersten Nulldurchgangs-Temperatur T_ZC1 wird die Sensitivität des zweiten Volumenbereichs V2 für Temperaturschwankungen um die Betriebstemperatur TB herum gegenüber dem ersten Volumenbereich V1 erhöht. Wie in 1 stimmt die Nulldurchgangs-Temperatur T_ZC1 des ersten Volumenbereichs V1 im Wesentlichen mit der (mittleren) Betriebstemperatur T_B des Spiegels 2 bzw. des Substrats 3 überein.
Wie in 2 dargestellt ist, kann analog zu 1 mit Hilfe des thermischen Aktuators 6 lokal bzw. gezielt ein Wärmeeintrag in den zweiten Volumenbereich V2 eingebracht werden, der zu einer lokalen Ausdehnung des zweiten Volumenbereichs V2 und damit zu einer Deformation der reflektierenden Beschichtung 4 und der optischen Oberfläche 4a führt. Die Dicke D des zweiten Volumenbereichs V2 bzw. der maximale Abstand des zweiten Volumenbereichs V2 von der Oberfläche 3a des Substrats 3 liegt im gezeigten Beispiel bei maximal 0,5 μm.
Bei dem in 2 gezeigten Beispiel ist auf die Heizdrähte 7 eine Isolatorschicht 10 aus Quarz aufgebracht, um die reflektive Beschichtung 4 elektrisch von den Heizdrähten 7 zu isolieren. Es versteht sich, dass die in 1 gezeigte thermisch aktuierbare Schicht 5 und der in 2 gezeigte thermisch aktuierbare zweite Volumenbereich V2 auch gemeinsam an einem Spiegel 2 realisiert werden können. Auch kann alternativ zu dem thermischen Aktuator 6, der als Heizeinrichtung ausgebildet ist, ein thermischer Aktuator verwendet werden, der als Kühleinrichtung ausgebildet ist bzw. der eine Kombination aus Heiz- und Kühleinrichtung bildet. Beispielsweise können die Heizdrähte 7 ganz oder teilweise durch Kühlkanäle zur Aufnahme eines Kühlmediums ersetzt werden. Es versteht sich, dass auch andere Möglichkeiten zur Realisierung eines thermischen Aktuators 6 bestehen, die auf die thermisch aktuierbare Schicht 5 bzw. auf den zweiten Volumenbereich V2 eine kühlende Wirkung haben, beispielsweise in Form von Peltier-Elementen.
Eine weitere Möglichkeit zur thermischen Aktuation des Substrats 3 des Spiegels 2 ist in 3 dargestellt. Auf die Darstellung der reflektierenden Beschichtung wurde in 3 verzichtet, d.h. es ist lediglich das Substrat 3 und die optische Oberfläche 4a an der Oberseite der reflektierenden Beschichtung gezeigt, die einen optisch genutzten Oberflächenbereich F aufweist, in dem die EUV-Strahlung 9 auf die optische Oberfläche 4a auftrifft. Das Substrat 3 weist entlang einer umlaufenden seitlichen Oberfläche 3b drei zweite Volumenbereiche V2a, V2b, V2c auf, die ebenso wie der zweite Volumenbereich V2 von 2 eine vom ersten, den Grundkörper des Substrats 3 bildenden Volumenbereich V1 abweichende Nulldurchgangs-Temperatur T_ZC2 aufweisen, die im gezeigten Beispiel für alle drei zweiten Volumenbereiche V2a, V2b, V2c identisch ist. Jedem der zweiten Volumenbereiche V2a bis V2c ist eine Strahlungsquelle 6a, 6b, 6c zugeordnet, die Wärmestrahlung im IR-Wellenlängenbereich erzeugt und die z.B. als IR-Laser oder als IR-Diode ausgebildet sein kann. Jede der Strahlungsquellen 6a bis 6c ist auf einen der drei zweiten Volumenbereiche V2a bis V2c ausgerichtet, um in diesen Wärmestrahlung zur thermischen Aktuation einzubringen. Die seitlich an dem Substrat 3 angebrachten zweiten Volumenbereiche V2a bis V2c sind streifenförmig ausgebildet und erstrecken sich in Umfangsrichtung jeweils über einen Winkelbereich von ca. 2° bis 15°.
Die drei zweiten Volumenbereiche V2a bis V2c sowie ein vierter, nicht bildlich dargestellter zweiter Volumenbereich an der Rückseite der umlaufenden Oberfläche 3b sind in Umfangsrichtung jeweils unter einem Winkel von 90° zueinander angeordnet. Einer oder mehrere der zweiten Volumenbereiche V2a bis V2c können wahlweise von den Strahlungsquellen 6a, 6b, 6c mit Wärmestrahlung beaufschlagt werden, um in einem Randbereich des Substrats 3 und damit auch an der optischen Oberfläche 4a eine Deformation zu erzeugen. Beispielsweise kann durch die Einbringung einer identischen Wärmelast mittels der Strahlungsquellen 6a, 6c in die beiden diametral gegenüber liegenden zweiten Volumenbereiche V2a, V2c gezielt eine astigmatische Verformung der optischen Oberfläche 4a erzeugt werden. Durch andere geometrische Anordnungen der zweiten Volumenbereiche V2a bis V2c bzw. durch das Einbringen von Wärmestrahlung mit unterschiedlicher Leistung in die verschiedenen Volumenbereiche V2a, V2b, V2c mit Hilfe der individuell ansteuerbaren Strahlquellen 6a bis 6c können komplexere Verformungen der optischen Oberfläche 4a und somit auch komplexere optische Wirkungen erzielt werden.
Die in 1 bis 3 dargestellte Spiegelanordnung kann beispielsweise in einer EUV-Lithographieanlage 101 eingesetzt werden, wie sie in 4 dargestellt ist. Die EUV-Lithographieanlage 101 weist eine EUV-Lichtquelle 102 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 102 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 103 verwendet werden, um die EUV-Strahlung der EUV-Lichtquelle 102 zu einem Beleuchtungsstrahl 104 zu bündeln und auf diese Weise die Energiedichte weiter zu erhöhen. Der Beleuchtungsstrahl 104 dient zur Beleuchtung eines strukturierten Objekts M mittels eines Beleuchtungssystems 110, welches im vorliegenden Beispiel fünf reflektierende optische Elemente 112 bis 116 (Spiegel) 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 104 auf den jeweiligen Spiegel einzustellen.
Das strukturierte Objekt M reflektiert einen Teil des Beleuchtungsstrahls 104 und formt einen Projektionsstrahlengang 105, der die Information über die Struktur des strukturierten Objekts M trägt und der in ein Projektionsobjektiv 120 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 120 sechs reflektive optische Elemente 121 bis 126 (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 120 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 121 bis 126 zu stellen und auch die Position bzw. die Ausrichtung der Spiegel 121 bis 126 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 Wellenfrontaberrationen des Projektionsobjektivs 120 hinreichend klein sind. Um dies zu erreichen, muss die Oberflächenform der Spiegel 121 bis 126 hochpräzise eingestellt sein und die Spiegel 121 bis 126 müssen ebenfalls sehr genau positioniert werden.
Beim Betrieb des Projektionsobjektivs 120 wird ein Anteil der Strahlung des Projektionsstrahlengangs 105, der bis zu ca. 70 % betragen kann, von einem jeweiligen Spiegel 121 bis 126 absorbiert. 5 zeigt die Wärmelast W1 bis W6 bzw. die Leistung der EUV-Strahlung 9, die auf einem jeweiligen Spiegel 121 bis 126 auftrifft. Die Leistung W1, die von der Maske M reflektiert wird und die auf den ersten Spiegel 121 auftrifft, beträgt 100%. Die auf dem zweiten Spiegel 122 im Projektionsstrahlengang 105 auftreffende Leistung bzw. Wärmelast W2 liegt bei ca. 70 %, die Wärmelast W3 auf dem dritten Spiegel 123 liegt bei ca. 50%, die Wärmelast W4 auf dem vierten Spiegel 124 liegt bei ca. 35%, etc.
Für einen thermisch aktuierbaren Spiegel ist es vorteilhaft, wenn dieser nur einer geringen Wärmelast W durch die EUV-Bestrahlung ausgesetzt ist. Daher ist es günstig, wenn die auf einen thermisch aktuierbaren Spiegel aufgebrachte Wärmelast W bei weniger als 50% der auf den ersten Spiegel 121 aufgebrachten Wärmelast W1 liegt. Wie anhand von 5 zu erkennen ist, ist dies für die Wärmelasten W4 bis W6 der letzten drei Spiegel 124 bis 126 des Projektionsobjektivs 120 der Fall. Aufgrund der geringen Wärmelast eignen sich als thermisch aktuierbare Spiegel besonders gut der fünfte und der sechste Spiegel 125, 126 des Projektionsobjektivs 120.
An den letzten drei Spiegeln 124 bis 126 des Projektionsobjektivs 120 ist die durch die EUV-Bestrahlung aufgebrachte Wärmelast W4 bis W6 zudem geringer als der Median der Wärmelasten W1 bis W6 aller Spiegel 121 bis 126 des Projektionsobjektivs 120. Im gezeigten Beispiel, bei dem das Projektionsobjektiv 120 eine gerade Anzahl von Spiegeln 121 bis 126 aufweist, ist der Median der Mittelwert der Wärmelast W3 des dritten Spiegels 123 und der Wärmelast W4 des vierten Spiegels 124, d.h. der Median liegt bei ca. ½(50% + 35%) = 42,5 %.
Bei dem in 4 dargestellten Projektionsobjektiv 120 ist der sechste Spiegel 126 als thermisch aktuierbarer Spiegel 2 ausgebildet, der Teil einer Spiegelanordnung 1 ist, die wie weiter oben in Zusammenhang mit 1 bis 3 dargestellt ausgebildet sein kann. Der thermische Aktuator 6 der Spiegelanordnung 1 steht mit einer Temperatur-Kontrolleinrichtung 130 der EUV-Lithographieanlage 101 in signaltechnischer Verbindung. Die Temperatur-Kontrolleinrichtung 130 steuert den thermischen Aktuator 6 an, um ein vorgegebenes Temperaturprofil an der optischen Oberfläche 4a (vgl. 1 bis 3) des sechsten Spiegels 126 zu erzeugen. Falls einer oder mehrere Sensoren zur Erfassung der Temperatur des Spiegels 126 bzw. der optischen Oberfläche 4a und/oder der Temperatur des Substrats 3 in der EUV-Lithograhpieanlage 101 angeordnet sind, kann die Temperatur-Kontrolleinrichtung 130 die von dem thermischen Aktuator 6 erzeugte Temperaturverteilung bzw. das von diesem erzeugte Temperaturprofil regeln, so dass dieses mit einem Soll-Temperaturprofil übereinstimmt, welche die gewünschte Korrektur von Wellenfrontfehlern des Projektionsobjektivs 120 erzeugt. Temperatur-Sensoren können außerhalb des Substrats 3, ggf. aber auch in das Substrat 3 bzw. in das Volumen des Substrats 3 eingebettet sein.
Die Durchführung der thermischen Aktuation an dem letzten Spiegel 126 des Projektionsobjektivs 120 ist neben der geringen auftretenden Wärmelast W6 auch aus einem anderen Grund günstig: Der letzte Spiegel 126 ist ein pupillennaher Spiegel 126, der eine verhältnismäßig große optische Oberfläche 4a bzw. einen großen Durchmesser aufweist. Wie anhand des Projektionsstrahlengangs 105 von 4 zu erkennen ist, handelt es sich bei dem letzten Spiegel 126 um den Spiegel mit dem größten Durchmesser bzw. mit dem größten optisch genutzten Oberflächenbereich im Projektionsobjektiv 120. Bei dem optisch genutzten Oberflächenbereich F (vgl. 3) handelt es sich um denjenigen Bereich der optischen Oberfläche 4a, welcher der EUV-Strahlung 9 ausgesetzt ist bzw. welcher im Projektionsstrahlengang 105 des Projektionsobjektivs 120 angeordnet ist. Die Verwendung von Spiegeln, welche einen optisch genutzten Oberflächenbereich F aufweisen, der größer ist als der Median der optisch genutzten Oberflächenbereiche an den Spiegeln 121 bis 126 des Projektionsobjektivs 120 hat sich als günstig erwiesen, da an derartigen Spiegeln kleine Strukturen in der Wellenfront korrigiert werden können, wie nachfolgend anhand von 6a, b und 7a, b beschrieben wird, welche eine Draufsicht auf die optische Oberfläche 4a mit der Gitterstruktur der Widerstands-Heizdrähte 7 von 1 und 2 darstellen, die in einer konstanten Distanz L voneinander angeordnet sind.
In 6a ist eine Temperaturverteilung an der optischen Oberfläche 4a des letzten Spiegels 126 gezeigt, unmittelbar nachdem eine Heizzone H1 mit Hilfe des thermischen Aktuators 6 auf eine gegenüber der Umgebung höhere Temperatur aufgeheizt wurde. Die in 6a gezeigte Heizzone H1 umfasst eine Fläche von 7 × 7 Distanzen L zwischen benachbarten Heizdrähten 7, d.h. die Heizzone H1 ist vergleichsweise groß. 6b zeigt die Temperaturverteilung zu einem späteren Zeitpunkt, bei der die Temperaturverteilung stationär ist und sich aufgrund der Wärmeleitung auf eine größere als die ursprüngliche Fläche von 7 × 7 Distanzen L ausgedehnt hat.
7a, b zeigen eine analoge Darstellung einer Temperaturverteilung, bei der eine zweite Heizzone H2, die 1 × 1 Abstände L umfasst, auf dieselbe Temperatur wie in 6a aufgeheizt wurde, unmittelbar nach der Aktivierung der zweiten Heizzone H2. 7b zeigt die stationäre Temperaturverteilung, die sich bei Beibehaltung der in die zweite Heizzone H2 eingebrachten Heizleistung im stationären Zustand einstellt. Wie deutlich zu erkennen ist, ist das Temperaturprofil in 7b im stationären Zustand durch die Wärmeleitung dominiert, d.h. die ursprünglich nur 1 × 1 Distanzen L messende Heizzone H1 erstreckt sich über eine Fläche von 5 × 5 Distanzen L.
Da die Spitzenheiz- bzw. Kühlleistung des thermischen Aktuators 6 vorgegeben ist und sich nicht beliebig erhöhen lässt, um keine negativen Auswirkungen auf die reflektive Beschichtung 4 zu verursachen, lässt sich die Ortsauflösung des mit Hilfe des thermischen Aktuators 6 erzeugten Temperaturprofils nicht beliebig steigern. Ist die für die thermische Aktuation zur Verfügung stehende Fläche bzw. die Subapertur an einem Spiegel groß, können mit einer vergleichsweise geringen Ortsauflösung auch kleine Strukturen der Wellenfront korrigiert werden, da eine größere Anzahl von Heizelementen 7 zur Verfügung steht, wie sich unmittelbar durch einen Vergleich zwischen 6a, b und 7a, b ergibt, welche die Rasteranordnung mit 16 × 16 Heizdrähten 7 an dem letzten, großen Spiegel 126 des Projektionsobjektivs 120 und die Rasteranordnung mit 10 × 10 Heizdrähten 7 an dem vorletzten, kleineren Spiegel 125 des Projektionsobjektivs 120 zeigen.
Kleine zu korrigierende Strukturen der Wellenfront treten insbesondere auf pupillennahen Spiegeln auf, so dass sich insbesondere große pupillennahe Spiegel als Thermalmanipulator eignen. Bei dem letzten Spiegel 126 im Projektionsstrahlengang 105 des Projektionsobjektivs 120 handelt es sich um einen solchen pupillennahen Spiegel, d.h. um einen Spiegel, bei dem das Verhältnis von Hauptstrahlhöhe H zu Randstrahlhöhe R kleiner als 0,5, im gezeigten Fall sogar kleiner als 0,2 ist.
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

WO 2009/026970 A1 [0003]
US 8111378 B2 [0004]
WO 2013/110518 [0006]
WO 2012/013747 A1 [0007, 0022]

Claims

Spiegelanordnung (1), umfassend: einen Spiegel (2) mit einem Substrat (3) und mit einer für EUV-Strahlung (9) reflektiven Beschichtung (4), wobei das Substrat (3) aus einem Material mit einem temperaturabhängigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten gebildet ist, der in einem ersten Volumenbereich (V1) bei einer ersten Nulldurchgangs-Temperatur (T_ZC1) einen Nulldurchgang aufweist und der in mindestens einem zweiten, oberflächennahen Volumenbereich (V2, V2a–c) bei einer zweiten, von der ersten verschiedenen Nulldurchgangs-Temperatur (T_ZC2) einen Nulldurchgang aufweist, sowie mindestens einen thermischen Aktuator (6a, 6b, 6c) zur thermischen Aktuation des zweiten Volumenbereichs (V2, V2a–c) des Substrats (3).
Spiegelanordnung (1), umfassend: einen Spiegel (2) mit einem Substrat (3) und mit einer für EUV-Strahlung (9) reflektiven Beschichtung (4), wobei zwischen dem Substrat (3) und der reflektiven Beschichtung (4) mindestens eine thermisch aktuierbare Schicht (5) aus einem Material mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten von mehr als 10 × 10^–6/K aufgebracht ist, sowie mindestens einen thermischen Aktuator (6) zur thermischen Aktuation der thermisch aktuierbaren Schicht (5).
Spiegelanordnung nach Anspruch 2, bei der das Substrat (3) aus einem Material mit einem temperaturabhängigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten gebildet ist, der in einem ersten Volumenbereich (V1) bei einer ersten Nulldurchgangs-Temperatur (T_ZC1) einen Nulldurchgang aufweist und der in mindestens einem zweiten, oberflächennahen Volumenbereich (V2, V2a–c) bei einer zweiten, von der ersten verschiedenen Nulldurchgangs-Temperatur (T_ZC2) einen Nulldurchgang aufweist, sowie mindestens einen thermischen Aktuator (6a, 6b, 6c) zur thermischen Aktuation des zweiten Volumenbereichs (V2, V2a–c) des Substrats (3).
Spiegelanordnung nach Anspruch 1 oder 3, bei welcher die zweite Nulldurchgangs-Temperatur (T_ZC2) sich um mehr als 2 K, bevorzugt um mehr als 5 K, insbesondere um mehr als 10 K von der ersten Nulldurchgangs-Temperatur (T_ZC1) unterscheidet.
Spiegelanordnung nach Anspruch 2, bei welcher das Material der thermisch aktuierbaren Schicht (5) ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: ZrMo₂O₈, ZrW₂O₈, Zr₂(MoO₄)₃, Zr₂(WO₄)₃, Y₂W₃O₁₂, BiNiO₃, Rh, Cu, Mo, Zr, Nb, Y, Si, Ge, Ni, NiSi, Ru, RuO₂ und Gemengen, die diese Stoffe enthalten.
Spiegelanordnung nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 4, bei welcher der oberflächennahe Volumenbereich (V2, V2a–c) an einer der reflektierenden Beschichtung (4) zugewandten Oberfläche (3a) des Substrats (3) oder an einer seitlichen Oberfläche (3b) des Substrats (3) gebildet ist.
Spiegelanordnung nach einem der Ansprüche 1, 3, 4 oder 5, bei welcher sich der oberflächennahe Volumenbereich (V2, V2a–c) ausgehend von der Oberfläche des Substrats (3) bis zu einer maximalen Tiefe von 5 μm erstreckt.
Spiegelanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der thermische Aktuator als Heizeinrichtung (6, 6a–c) ausgebildet ist.
Spiegelanordnung nach Anspruch 8, bei welcher die Heizeinrichtung (6) eine Mehrzahl von Widerstands-Heizelementen (7) aufweist.
Spiegelanordnung nach Anspruch 9, bei welcher die Widerstands-Heizelemente (7) in einer Rasteranordnung angeordnet sind.
Spiegelanordnung nach Anspruch 9 oder 10, bei welcher die Widerstands-Heizelemente (7) an einer der reflektierenden Beschichtung (4) zugewandten Oberfläche (3a) des Substrats (3) angebracht sind.
Spiegelanordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, bei welcher die Heizeinrichtung mindestens eine Strahlungsquelle (6a–c) zur Erzeugung von Heizstrahlung aufweist.
Projektionsobjektiv (120) für die EUV-Lithographie, umfassend: eine Mehrzahl von Spiegeln (121 bis 126), wobei einer der Mehrzahl von Spiegeln (121 bis 126) ein thermisch aktuierbarer Spiegel (126) einer Spiegelanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ist.
Projektionsobjektiv nach Anspruch 13, bei welcher der thermisch aktuierbare Spiegel (126) an einer Position im Strahlengang (105) des Projektionsobjektivs (120) angeordnet ist, an der eine durch EUV-Strahlung (9) auf den Spiegel (126) aufgebrachte Wärmelast (W4 bis W6) bei weniger als 50 % einer durch EUV-Strahlung (9) auf einen ersten Spiegel (121) im Strahlengang (105) des Projektionsobjektivs (120) aufgebrachten Wärmelast (W1) liegt.
Projektionsobjektiv nach einem der Ansprüche 13 oder 14, bei welcher der thermisch aktuierbare Spiegel (126) an einer Position im Strahlengang (105) des Projektionsobjektivs (120) angeordnet ist, an der eine durch die EUV-Strahlung (9) auf den Spiegel (126) aufgebrachte Wärmelast (W4 bis W6) kleiner ist als der Median der Wärmelasten (W1 bis W6) der durch die EUV-Strahlung (9) auf die Spiegel (121 bis 126) des Projektionsobjektivs (120) aufgebrachten Wärmelasten (W1 bis W6).
Projektionsobjektiv nach einem der Ansprüche 13 bis 15, bei welcher der thermisch aktuierbare Spiegel einen im Strahlengang (105) des Projektionsobjektivs (120) vorletzten oder letzten Spiegel (125, 126) bildet.
Projektionsobjektiv nach einem der Ansprüche 13 bis 16, bei welcher der thermisch aktuierbare Spiegel einen optisch genutzten Oberflächenbereich (F) aufweist, die größer ist als der Median der optisch genutzten Oberflächenbereiche der Spiegel (121 bis 126) des Projektionsobjektivs (120).
Projektionsobjektiv nach einem der Ansprüche 13 bis 17, bei welcher der thermisch aktuierbare Spiegel (126) ein pupillennaher Spiegel des Projektionsobjektivs (120) ist.
EUV-Lithographieanlage (101), umfassend ein Projektionsobjektiv (120) nach einem der Ansprüche 13 bis 18.
EUV-Lithographieanlage nach Anspruch 19, weiter umfassend: eine Temperatur-Kontrolleinrichtung (130) zur Steuerung oder Regelung des thermischen Aktuators (6, 6a–c) der Spiegelanordnung (1).
Verfahren zum Betreiben einer EUV-Lithographieanlage (101) nach Anspruch 20, bei dem während des Betriebs der EUV-Lithographieanlage (101) der thermisch aktuierbare Spiegel (126) durch die Temperatur-Kontrolleinrichtung (130) gesteuert oder geregelt wird.