DE102016209876A1

DE102016209876A1 - Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie mit einer Heizlichtquelle und Verfahren zum Heizen einer Komponente der Projektionsbelichtungsanlage

Info

Publication number: DE102016209876A1
Application number: DE102016209876.4A
Authority: DE
Inventors: Alireza Akbarinia; Toralf Gruner; Timo Laufer; Stefan Hembacher; Jens Kugler; Matthias Exler
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2016-06-06
Filing date: 2016-06-06
Publication date: 2017-04-27

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Projektionsbelichtungsanlage (100) für die Halbleiterlithographie, mit einer Nutzlichtquelle (2) und einer Mehrzahl optischer Elemente (6, 6‘, 8, 8‘, 60, 61, 80, 81) zur Abbildung eines Reticles (7) auf einen Wafer (10). Dabei ist durch die Nutzlichtquelle (2) und die optischen Elemente (6, 6‘, 8, 8‘, 60, 61, 80, 81) ein Nutzlichtweg (3) geschaffen, in welchem die von der Nutzlichtquelle (2) emittierte elektromagnetische Strahlung zur Abbildung des Reticles (7) verläuft. Eine Heizvorrichtung mit einer Heizlichtquelle (1) ist zur Beheizung mindestens eines der optischen Elemente (6, 6‘, 8, 8‘, 60, 61, 80, 81) vorhanden, wobei die Heizvorrichtung derart beschaffen ist, dass die von ihr emittierte Heizstrahlung (9) mindestens abschnittsweise auf dem Nutzlichtweg (3) verläuft. Daneben betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Beheizen optischer Elemente (6, 6‘, 8, 8‘, 60, 61, 80, 81) einer Projektionsbelichtungsanlage (100).

Description

Die Erfindung betrifft eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie mit einer Heizlichtquelle zur Beheizung mindestens eines optischen Elementes der Projektionsbelichtungsanlage. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Heizen einer Komponente einer Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie.
Projektionsbelichtungsanlagen für die Halbleiterlithographie zeigen im Hinblick auf ihre Abbildungsqualität ein stark temperaturabhängiges Verhalten. Sowohl nicht unmittelbar an der optischen Abbildung beteiligte Elemente, wie beispielsweise Fassungen und Halter oder Gehäuseteile als auch optische Elemente selbst, wie beispielsweise Linsen oder, im Fall der EUV-Lithographie, Spiegel, verändern bei Erwärmung oder Abkühlung ihre Ausdehnung bzw. ihre Oberflächenform, was sich unmittelbar in der Qualität der mit dem System vorgenommenen Abbildung einer Phasenmaske, eines sogenannten Reticles, auf ein Halbleitersubstrat, einen sogenannten Wafer, niederschlägt. Die Erwärmung der einzelnen Komponenten der Anlage im Betrieb rührt dabei von der Absorption eines Teiles derjenigen Strahlung her, welche zur Abbildung des Reticles auf den Wafer verwendet wird. Diese Strahlung wird von einer im Folgenden als Nutzlichtquelle bezeichneten Lichtquelle erzeugt. Im Fall der EUV-Lithographie handelt es sich bei der Nutzlichtquelle um eine vergleichsweise aufwendig ausgeführte Plasmaquelle, bei welcher mittels Laserbestrahlung von Zinnpartikeln ein in den gewünschten kurzwelligen Frequenzbereichen elektromagnetische Strahlung emittierendes Plasma erzeugt wird.
Üblicherweise sind Projektionsbelichtungsanlagen auf einen stationären Zustand während des Betriebes ausgelegt, das heißt auf einen Zustand, in welchem keine wesentlichen Änderungen der Temperatur von Anlagenkomponenten über der Zeit zu erwarten sind. Insbesondere nach langen Ruhezeiten der Anlage und einer damit typischerweise verbundenen Abkühlung der Komponenten ist es deswegen erforderlich, die Anlage bzw. ihre Komponenten vorzuheizen, das heißt, einen Zustand herzustellen, in welchem die Projektionsbelichtungsanlage und ihre einzelnen Komponenten jeweils auf Temperaturen eingestellt sind, welche den im Betrieb erreichten Werten nahe kommen.
Um den beschriebenen stationären Zustand zu erreichen, wäre es beispielsweise denkbar, zunächst mit der Nutzlichtquelle das System vorzuheizen, ohne Wafer zu belichten und auf diese Weise den angestrebten stationären Zustand herzustellen. Eine derartige Form der Heizung hat jedoch den Nachteil, dass sie üblicherweise einen erheblichen Zeitraum beansprucht, in welchem die vergleichsweise teure Nutzlichtquelle betrieben wird, ohne dass die Anlage produktiv ist. Prinzipiell wäre es auch denkbar, einzelne Komponenten der Anlage mittels externer Quellen, wie beispielsweise Lichtquellen für sichtbares Licht oder auch Infrarotstrahlung, vorzuheizen. Dabei ergibt sich jedoch das Problem, dass insbesondere im Hinblick auf die Einstrahlrichtung der Heizstrahlung nicht immer die Verhältnisse hergestellt werden können, welche aufgrund der Aufheizung der Anlage im Betrieb durch die verwendete Nutzstrahlung typischerweise gegeben sind. Im Ergebnis sind mit diesem Ansatz lediglich unbefriedigende Heizergebnisse zu erwarten, so dass bei Betriebsaufnahme der Anlage aufgrund der nun geänderten, dann auch realen Beleuchtungsverhältnisse ein zeitlich sich änderndes optisches Verhalten der an der Abbildung beteiligten Komponenten auftreten dürfte, was in der ersten Zeit des Betriebes der Anlage zu einer hohen Ausschussquote der erzeugten Halbleiterbauelemente führen würde.
Aufgabe der Erfindung ist es deswegen, eine Projektionsbelichtungsanlage sowie ein Verfahren zum Vorheizen einer Projektionsbelichtungsanlage anzugeben, bei welchen mittels Maßnahmen zum Vorheizen bereits vor Aktivierung der Nutzlichtquelle selbst ein Zustand erreicht werden kann, welcher dem thermischen Zustand im üblichen Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage möglichst nahe kommt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen und Varianten der Erfindung.
Eine erfindungsgemäße Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie umfasst eine Nutzlichtquelle und eine Mehrzahl optischer Elemente zur Abbildung eines Reticles auf einen Wafer, wobei durch die Nutzlichtquelle und die optischen Elemente ein Nutzlichtweg geschaffen ist, in welchem die von der Nutzlichtquelle emittierte elektromagnetische Strahlung zur Abbildung des Reticles verläuft und wobei eine Heizvorrichtung mit einer Heizlichtquelle zur Beheizung mindestens eines der optischen Elemente vorhanden ist. Dabei ist die Heizvorrichtung derart beschaffen, dass die von ihr emittierte Heizstrahlung mindestens abschnittsweise auf dem Nutzlichtweg verläuft, insbesondere von einem ersten optischen Element zu zumindest einem weiteren optischen Element gelenkt wird.
Durch die beschriebene Gestaltung der Heizvorrichtung wird erreicht, dass die zur Vorheizung der optischen Elemente oder auch anderer Komponenten der Projektionsbelichtungsanlage verwendete elektromagnetische Heizstrahlung mindestens abschnittweise ein ähnliches räumliches Profil aufweist wie das im Betrieb der Anlage verwendete Nutzlicht. Dies rührt im Wesentlichen daher, dass sich beispielsweise als Heizstrahlung verwendete Infrarotstrahlung im System auf ähnliche Weise ausbreitet wie die zur Belichtung der Halbleiterwafer typischerweise verwendete EUV-Strahlung. Auf diese Weise wird eine Vorab-Aufheizung der beteiligten Komponenten erreicht, welche der im Betrieb zu erwartenden Erwärmung der beteiligten Komponenten vergleichsweise nahe kommt. Typischerweise liegt die Zieltemperatur der Komponenten im Bereich der Zero-Crossing-Temperatur des thermischen Ausdehnungskoeffizienten der beteiligten Materialien. Dabei ist unter der Zero-Crossing-Temperatur diejenige Temperatur zu verstehen, bei welcher sich das Vorzeichen des thermischen Ausdehnungskoeffizienten der verwendeten Materialien ändert. Sie liegt für die für Komponenten von Projektionsbelichtungsanlagen verwendeten Materialien typischerweise im Bereich von ca. 30°C.
Durch die beschriebene Maßnahme kann die Zeit, die die gesamte Anlage nach der Aktivierung der Nutzlichtquelle zum Erreichen eines thermisch stationären Zustandes und damit zum Erreichen einer optimalen Abbildungsqualität benötigt, wirksam reduziert werden. Im Ergebnis wird der Anteil der Zeit, in welcher wirtschaftlich Halbleiterstrukturen erzeugt werden können, an der Zeit, in welcher die Nutzlichtquelle in Betrieb ist, wirksam erhöht und damit die Wirtschaftlichkeit der Anlage insgesamt verbessert. Da die optischen Elemente der Projektionsbelichtungsanlage in einer vorteilhaften Doppelfunktionalität auch zum Weiterleiten der Heizstrahlung verwendet werden, ist es lediglich erforderlich, nur eine einzige Heizvorrichtung zu verwenden, wodurch sich Bauraumvorteile realisieren lassen. Ferner werden lediglich die gewünschten Komponenten geheizt, so dass parasitäre Effekte minimiert werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die Heizlichtquelle zwischen einer Heizposition und einer Ruheposition bewegbar ausgeführt sein.
In der Heizposition ist die Heizlichtquelle derart positioniert, dass die von ihr emittierte Heizstrahlung auf einem bestimmten Abschnitt oder auch von der Eintrittspupille eines Beleuchtungssystems bis zur Bildebene des Projektionsobjektives auf dem Nutzlichtweg durch die Projektionsbelichtungsanlage läuft. Die Heizlichtquelle wird also in diesem Fall typischerweise zwischen der Nutzlichtquelle und der Eintrittspupille des Beleuchtungssystems angeordnet sein. Sobald die Nutzlichtquelle aktiviert wird, wird die Heizlichtquelle in die Ruheposition bewegt, beispielsweise geschwenkt, um die Durchstrahlung der Anlage mit Nutzlicht zu ermöglichen.
Es ist ferner von Vorteil, wenn die Heizvorrichtung eine außerhalb des Nutzlichtweges angeordnete Heizlichtquelle und ein Umlenkelement für die Heizstrahlung aufweist, wobei das Umlenkelement zwischen einer Heizposition und einer Ruheposition bewegbar ausgeführt sein kann.
Dabei ist unter der Heizposition des Umlenkelementes insbesondere eine Position zu verstehen, in welcher es in den Nutzlichtweg eingebracht, insbesondere eingeschwenkt ist. In dieser Position wird es von der Heizlichtquelle mit Heizstrahlung bestrahlt und lenkt seinerseits die Heizstrahlung in den Nutzlichtweg der Projektionsbelichtungsanlage. Dadurch, dass in dieser Variante der Erfindung das passive Umlenkelement zur Einkopplung der Heizstrahlung bewegt wird, kann die üblicherweise mit Kabelverbindungen zur Energieversorgung und Steuerung versehene Heizlichtquelle stationär bleiben, wodurch der apparative Aufwand zur Realisation dieser erfindungsgemäßen Lösung gering gehalten werden kann.
Das Umlenkelement kann beispielsweise als Planspiegel, als gekrümmter Spiegel oder als Prisma ausgebildet sein beziehungsweise eines der vorgenannten Elemente enthalten.
Insbesondere bei der Verwendung eines gekrümmten Spiegels kann durch eine geeignete Wahl der Oberflächengeometrie des Spiegels eine Zusatzfunktionalität des Umlenkelementes realisiert werden. So kann beispielsweise durch eine geeignete Gestaltung der Spiegeloberfläche eine Strahlformung der Heizstrahlung erreicht werden, durch welche das Strahlprofil der Heizstrahlung möglichst genau an das Strahlprofil der Nutzstrahlung angenähert werden kann. Auf diese Weise kann die gewünschte Vorheizung der entsprechenden Komponenten weiter optimiert werden.
Weiterhin von Vorteil ist, wenn die Heizlichtquelle oder das Umlenkelement mindestens zeitweise zwischen der Nutzlichtquelle und einem Beleuchtungssystem der Projektionsbelichtungsanlage anordenbar ist.
Mit anderen Worten wird in diesem Fall das Beleuchtungssystem in die Korrektur mit einbezogen. Dies hat den Vorteil, dass Fehler, die beispielsweise von einer thermisch induzierten Winkelfehlstellung von Spiegelfacetten anderer mikrostrukturierter Bauelemente ebenso wie Fehler, die durch unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten von Substraten und darauf angeordneten Schichten herrühren, reduziert oder komplett eliminiert werden können.
In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung kann die Heizlichtquelle oder das Umlenkelement mindestens zeitweise in einem für das Reticle vorgesehenen Bereich anordenbar sein.
Durch diese Anordnung wird eine separate Vorheizung allein der Komponenten des Projektionsobjektives erreicht. Insbesondere ermöglicht die Anordnung der Heizlichtquelle oder des Umlenkelementes in dem für das Reticle vorgesehenen Bereich eine gute Zugänglichkeit der genannten Elemente für den Fall, dass Wartungsmaßnahmen oder Wechsel erforderlich sein sollten. Es ist insbesondere denkbar, beispielsweise vor Betriebsaufnahme oder während Belichtungspausen anstatt eines Reticles ein Umlenkelement für die Heizstrahlung auf der Haltevorrichtung für das Reticle – die sogenannte Reticlestage – anzuordnen. In diesem Fall ist ohnehin nicht erforderlich, dass sich ein Reticle auf der Reticlestage befindet und die Einkopplung der Heizstrahlung kann entlang des Nutzlichtweges im System besonders vorteilhaft erfolgen.
Ebenso vorteilhaft ist es, wenn die Heizlichtquelle geeignet ist, elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge größer als 130nm, insbesondere im Bereich zwischen 400nm und 800nm oder größer als 800nm zu emittieren. Für die genannten Wellenlängenbereiche steht eine Vielzahl von günstigen und effizienten Lichtquellen zur Verfügung.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform kann die Heizvorrichtung mindestens zwei getrennt ansteuerbare Heizlichtquellen zur Emission elektromagnetischer Strahlung in unterschiedlichen Spektralbereichen aufweisen. Hierdurch kann der Problematik begegnet werden, dass abhängig vom Einstrahlwinkel, der Auslegung des jeweiligen optischen Elementes und der Wellenlänge der Heizstrahlung in unterschiedlichen optischen Elementen eine unterschiedlich hohe Absorption der Heizstrahlung erfolgt. So besteht insbesondere das Problem, dass einzelne Spiegel vor allem bei senkrechtem Einfall der Heizstrahlung Infrarotstrahlung stärker absorbieren als beispielsweise EUV-Strahlung. Dies würde dazu führen, dass die Spiegel im Lichtweg hinter dem betreffenden Spiegel gegenüber den Verhältnissen im Betrieb der Anlage erheblich weniger Heizstrahlung ausgesetzt sind und damit nicht in dem für eine wirksame Vorkonditionierung des Systems erforderlichen Maß aufgeheizt werden. Durch zwei oder mehr getrennt ansteuerbare Heizlichtquellen kann jedoch eine passende Wahl der spektralen Verteilung der Heizstrahlung derart erreicht werden, dass der angesprochene Effekt unterdrückt werden kann. Dabei wird ausgenutzt, dass jeder Wellenlängenbereich von einzelnen Spiegeln entlang der Spiegelkette unterschiedlich stark absorbiert wird; damit liefert der in ihm absorbierte Leistungsanteil einen Optimierungsfreiheitsgrad. Entsprechende Lichtquellen stehen insbesondere im sichtbaren (400 nm–800 nm) oder auch im DUV (130 nm–400 nm) Spektralbereich zur Verfügung.
Die gesonderte Ansteuerung der einzelnen Lichtquellen kann dabei einerseits im Zuge eines parallelen, kontinuierlichen Betriebes der Lichtquellen erfolgen. Ergänzend oder alternativ dazu kann jedoch auch ein Zeitmultiplexbetrieb realisiert werden, über welchen sich erweiterte Freiheitsgrade zur Steuerung bzw. Regelung darstellen lassen. Insbesondere mittels der Parameter spektrale Leistungsdichte und Einschaltzeiten der einzelnen Lichtquellen kann auf diese Weise unter Berücksichtigung unter anderem der Zeitkonstanten der zu temperierenden Elemente die Vorheizung des Systems in einem weiten Bereich passend gestaltet werden. Die erforderliche Optimierung kann mit bekannten numerischen Verfahren erfolgen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann mindestens ein Spektralfilter für die Heizstrahlung vorhanden sein, welches zwischen einer Heizposition und einer Ruheposition bewegbar, insbesondere schwenkbar, sein kann.
Diese Ausführungsform gestattet es, eine breitbandige Heizlichtquelle zu verwenden und die gewünschte spektrale Zusammensetzung der Heizstrahlung allein durch eine entsprechende Zusammenstellung der jeweils erforderlichen Spektralfilter zu bewirken.
Ebenfalls von Vorteil kann es sein, wenn im Lichtweg der Heizstrahlung ein Polarisationsfilter angeordnet ist, insbesondere dann, wenn im Lichtweg nachfolgende optische Elemente ein polarisationsabhängiges Absorptionsvermögen zeigen. Das Polarisationsfilter kann selbstverständlich auch in Verbindung mit den oben bereits beschriebenen Möglichkeiten zur Konditionierung der Heizstrahlung zur Anwendung kommen. Das Absorptionsverhalten der optischen Elemente kann dabei unter anderem vom Einfallswinkel der Heizstrahlung beeinflusst werden. So kann durch die Verwendung geeigneter Polarisationsfilter für einen Einfallswinkel im Bereich von 60° der Absorptionsgrad zwischen 20% und 60% eingestellt werden. Auch das Polarisationsfilter kann zwischen einer Heizposition und einer Ruheposition bewegbar, insbesondere schwenkbar ausgeführt sein.
Die Heizvorrichtung kann in einer weiteren Ausführungsform derart ausgeführt sein, dass die Heizstrahlung ein beheiztes optisches Element, beispielsweise das erste beheizte optische Element, unter einem Einfallswinkel größer als 60° erreicht.
Ein derart flacher Einfall der Heizstrahlung wird auch als „grazing incidence“, also „streifender Einfall“ bezeichnet. In diesem Fall ist der die Reflektivität dominierende Effekt nicht mehr Bragg-Reflexion an Schichten mit periodisch sich ändernder Brechzahl, sondern vielmehr eine Reflexion an einer Grenzfläche und damit weit weniger wellenlängenselektiv als eine Bragg-Reflexion bei einem nahezu senkrechten Einfall der Heizstrahlung oder auch der Nutzstrahlung. Damit kann erreicht werden, dass auf diesem Teilabschnitt des Lichtweges in der Anlage eine Vorbeheizung der entsprechenden Komponenten durch die Heizstrahlung erfolgt, die der Erwärmung durch die Nutzstrahlung vergleichsweise nahe kommt. Prinzipiell kann ein wie vorne beschrieben ausgerichtetes optisches Element an unterschiedlichsten Stellen im Lichtweg angeordnet sein.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann ein für die Nutzstrahlung durchlässiges Element vorhanden sein, welches für die Heizstrahlung jedoch zumindest teilweise undurchlässig ist, und welches mindestens zeitweise im Nutzlichtweg positionierbar ist.
Durch ein derartiges Element kann eine unbeabsichtigte Vorbelichtung des Halbleitersubstrates mittels der Heizstrahlung wirksam vermieden werden. In Frage kommt beispielsweise eine schwenkbare Strahlfalle vor oder in der Bildebene wie auch eine oder mehrere dünne Membranen, die für EUV-Strahlung weitestgehend transparent sind, die Heizstrahlung jedoch blockieren. Derartige Membranen könnten dann auch während des Betriebes der Anlage im Strahlengang verbleiben, wodurch der apparative Aufwand minimiert werden kann.
Die Nutzlichtquelle kann geeignet sein, optische Strahlung mit einer Wellenlänge von weniger als 100 nm, vorzugsweise von 13,5 nm, 7 nm oder weniger zu emittieren.
Bei einem erfindungsgemäßes Verfahren zum Heizen einer Komponente einer Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie ist zur Abbildung eines Reticles auf einen Wafer durch eine Nutzlichtquelle und optische Elemente ein Nutzlichtweg geschaffen, in welchem die von der Nutzlichtquelle emittierte elektromagnetische Strahlung zur Abbildung des Reticles verläuft. Dabei kann mindestens eines der optischen Elemente mittels elektromagnetischer Heizstrahlung beheizt werden, wobei die Heizstrahlung mindestens abschnittsweise auf dem Nutzlichtweg verläuft.
Dabei kann als Heizstrahlung elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge größer als 130 nm, insbesondere im Bereich zwischen 400 nm und 800 nm oder größer als 800 nm verwendet werden.
Ebenso kann als Heizstrahlung elektromagnetische Strahlung in unterschiedlichen Spektralbereichen verwendet werden, deren Intensität in den unterschiedlichen Spektralbereichen getrennt regelbar ist.
Von Vorteil ist es dabei, wenn die Intensität der Heizstrahlung in den unterschiedlichen Spektralbereichen durch die gesonderte Ansteuerung verschiedener Strahlungsquellen in ihrem zeitlichen Verlauf gesteuert werden kann. Mit anderen Worten kann durch eine geeignete zeitliche Ansteuerung der verschiedenen Strahlungsquellen ein Zeitmultiplexverfahren realisiert werden. Insbesondere über die Parameter spektrale Leistungsdichte, Einschaltzeitpunkte und Einschaltdauer der einzelnen Strahlungsquellen kann unter Berücksichtigung der thermischen Zeitkonstanten der zu heizenden optischen Elemente eine flexible Anpassung der jeweiligen Heizleistungen an das gewünschte Ergebnis erfolgen.
Alternativ oder zusätzlich kann die Intensität der Heizstrahlung in den unterschiedlichen Spektralbereichen durch das Einbringen verschiedener Spektralfilter in den Strahlengang der Heizstrahlung gesteuert werden.
Wenn die Heizstrahlung aus dem Bereich einer Reticlestage in den Nutzlichtweg eingekoppelt wird, kann eine effiziente Heizung der optischen Elemente im Projektionsobjektiv erfolgen.
Die Intensität der Heizstrahlung kann auf Basis einer Temperaturmessung an mindestens einem optischen Element gesteuert werden; dabei kann die Temperaturmessung mittels der bekannten Methoden zur Messung der Temperatur von Komponenten von Projektionsbelichtungsanlagen erfolgen.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele und Varianten der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
1 in den Teilfiguren 1a, 1b und 1c eine erste Ausführungsform der Erfindung,
2 eine erste Variante der Erfindung,
3 eine weitere Ausführungsform der Erfindung,
4 eine weitere Variante der Erfindung, und
5 in den Teilfiguren 5a und 5b eine weitere Ausgestaltung der Erfindung.
1 zeigt in den Teilfiguren 1a und 1b in einer ersten Ausführungsform der Erfindung eine lediglich schematisch angedeutete Projektionsbelichtungsanlage 100 für die Halbleiterlithographie mit einem Beleuchtungssystem 4 mit den exemplarisch dargestellten und im gezeigten Beispiel als Spiegel ausgebildeten optischen Elementen 6 und 6‘ sowie im weiteren Nutzlichtverlauf einem Reticle 7 und dem Reticle 7 nachgeordnet einem Projektionsobjektiv 5 mit zwei optischen Elementen 8 und 8`, welche ebenfalls als Spiegel ausgebildet sind. Ebenfalls schematisch angedeutet in der Figur ist der Nutzlichtweg 3 durch das gesamte System. In der dargestellten Ausführungsform ist eine Heizlichtquelle 1 bereits unmittelbar hinter einer Nutzlichtquelle 2 im Lichtweg angeordnet, so dass auf diese Weise der gesamte Nutzlichtweg 3 sowohl in dem Beleuchtungssystem 4 wie auch in dem Projektionsobjektiv 5 mit der von der Heizlichtquelle 1 emittierten Heizstrahlung 9 beaufschlagt wird. Wie in 1a erkennbar ist, befindet sich in diesem Betriebszustand die Heizlichtquelle 1 in der direkten Sichtlinie zwischen der deaktivierten Nutzlichtquelle 2 und dem im Lichtweg angeordneten ersten optischen Element 6 des Beleuchtungssystems 4. In dem in 1a gezeigten Zustand ist in der nicht gesondert bezeichneten Bildebene kein Wafer angeordnet.
1b zeigt die Projektionsbelichtungsanlage 100 im Betriebszustand, also in demjenigen Zustand, in welchem die Nutzlichtquelle 2 in Betrieb ist und entlang des Nutzlichtweges 3 die zur Belichtung des nun in der Bildebene befindlichen Wafers 10 erforderliche Nutzstrahlung 11, beispielsweise EUV-Strahlung, emittiert. In diesem Betriebszustand ist selbstverständlich die Heizlichtquelle 1 aus dem Nutzlichtweg 3 ausgeschwenkt.
In 1c ist eine Variante der Erfindung dargestellt, die gegenüber den in den Teilfiguren 1a und 1b dahingehend modifiziert ist, dass zusätzlich die Spiegel 60, 61, 80 und 81 als weitere optische Elemente vorhanden sind. Wie in der Figur gezeigt, werden diese Spiegel unter einem extrem flachen Winkel bestrahlt, so dass davon ausgegangen werden kann, dass an diesen Spiegeln eine Reflexion der Heizstrahlung primär über den Effekt der Totalreflexion erfolgt.
Die in 1 dargestellte Ausführungsform zeichnet sich, wie leicht erkennbar ist, dadurch aus, dass entlang des gesamten Nutzlichtweges 3 – auch unter Einbeziehung des Reticles 7 – eine effiziente Vorheizung vorgenommen werden kann. In diesem Fall ist jedoch aufgrund der vorstehend bereits beschriebenen unterschiedlichen Reflexionseigenschaften der beteiligten optischen Elemente 6, 6‘, 8 und 8‘ im Hinblick auf die verwendete Heizstrahlung 9 eine sorgfältige Wahl der spektralen und zeitlichen Verteilung der Heizstrahlung 9 erforderlich, um eine Erwärmung des Systems, welcher der Erwärmung im Betrieb nahekommt, zu erreichen. Dies kann insbesondere, wie bereits vorne beschrieben, durch den Einsatz von Spektralfiltern, unterschiedlichen, separat ansteuerbaren Lichtquellen für die Heizlichtquelle 1 oder auch einen passend gewählten Zeitmultiplex unterschiedlicher von der Heizlichtquelle 1 emittierter Frequenzen erreicht werden.
2 zeigt eine Variante der Erfindung, bei welcher nicht die Heizlichtquelle 1.2 selbst, sondern ein bewegliches Umlenkelement 12 im Strahlengang angeordnet ist. Im gezeigten Beispiel handelt es sich um einen beweglichen Spiegel, der die von der Heizlichtquelle 1.2 emittierte Heizstrahlung 9 in den Nutzlichtweg 3 der Vorrichtung einkoppelt. In diesem Fall kann durch die Wahl der Beschaffenheit, insbesondere der Oberflächenform des Spiegels, ein geeigneter Heizstrahlungskegel erzeugt werden, dessen Geometrie demjenigen der Nutzstrahlung nahe kommt. Auch in diesem Fall werden sämtliche an der Abbildung beteiligten Elemente 6, 6‘, 7, 8 und 8‘ der Projektionsbelichtungsanlage 100 von der Heizstrahlung 9 beaufschlagt.
3 zeigt eine weitere Variante der Erfindung, bei welcher die Heizlichtquelle 1.3, wie durch den nicht bezeichneten Doppelpfeil angedeutet, ebenfalls schwenkbar im Inneren des Beleuchtungssystems 4 angeordnet ist. Auch in diesem Fall werden sämtliche an der Beleuchtung des Reticles 7 und dessen Abbildung beteiligten optischen Elemente 6, 6‘, 8 und 8‘, wie auch das Reticle 7 selbst, vorgeheizt.
Im Unterschied hierzu werden in der in 4 dargestellten Variante der Erfindung aufgrund der entsprechenden Positionierung der Heizlichtquelle 1.4 im Lichtweg nach den optischen Elementen 6 und 6‘ des Beleuchtungssystems 4 lediglich das Reticle 7 wie auch die optischen Elemente 8 und 8‘ des Projektionsobjektives 5 vorgeheizt. Selbstverständlich ist auch in diesem Fall die Heizlichtquelle 1.4 derart ausgestaltet, dass sie bei Bedarf, also insbesondere im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage 100, aus dem Nutzlichtweg 3 ausgeschwenkt werden kann.
5 zeigt in den Teilfiguren 5a und 5b eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die Heizlichtquelle 1.5 am Ort des Reticles, also im Bereich der in der Figur nicht dargestellten Reticlestage, angeordnet ist, um ein Vorheizen der optischen Elemente 8 und 8‘ des Projektionsobjektives 5 zu gewährleisten. 5a zeigt dabei den Betriebszustand beispielsweise bei einem Settingwechsel, also bevor der Betrieb mit einer neuen Lichtverteilung auf dem Reticle aufgenommen wird. In diesem Fall heizt die Heizlichtquelle 1.5 lediglich die beiden als Spiegel ausgebildeten optischen Elemente 8 und 8‘ des Projektionsobjektives 5 auf; in diesem Fall ist kein Wafer zur Belichtung im Lichtweg bzw. in der Bildebene angeordnet. Aufgrund der Verschwenkbarkeit der Heizlichtquelle 1.5 kann – wie in 5b dargestellt – im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage 100 die Heizlichtquelle 1.5 aus dem Strahlengang ausgeschwenkt werden und an ihrer Stelle das Reticle 7 positioniert werden. Selbstverständlich wird im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage 100 ein Wafer 10 zur Belichtung im Lichtweg bzw. in der Bildebene angeordnet.
Ebenfalls exemplarisch dargestellt in der 5 sind die Filter 13 und 14, die jeweils als Spektral- oder Polarisationsfilter ausgebildet sind und bei Bedarf – also insbesondere bei Betrieb der Heizlichtquelle 1.5 – wie in 5a gezeigt in den Nutzlichtweg 3 eingeschwenkt sind. Durch die Filter 13 und 14 wird die Heizstrahlung für die nachfolgenden optischen Elemente 8 bzw. 8‘ derart konditioniert, dass sich im Ergebnis eine Aufheizung der optischen Elemente 8 und 8‘ ergibt, die derjenigen im Betrieb der Anlage 100 nahe kommt. Dieser Fall ist bei ausgeschwenkten Filtern 13 und 14 in der 5b dargestellt. In beiden Teilfiguren 5a und 5b ist jedoch ein für die Nutzstrahlung durchlässiges Element 15 vorhanden ist, welches für die Heizstrahlung 9 zumindest teilweise undurchlässig ist. Aufgrund seiner Durchlässigkeit für die Nutzstrahlung kann das Element 15 auch im üblichen Betrieb der Anlage 100 wie in 5b dargestellt im Nutzlichtweg 3 verbleiben.
Anstelle der Heizlichtquelle 1.5 kann am Ort des Reticles auch ein schwenk- oder anderweitig positionierbares Umlenkelement angeordnet sein, welches mit Heizstrahlung aus einer ortsfesten Heizlichtquelle beaufschlagt wird und die Heizstrahlung 9 in den Nutzlichtweg einkoppelt.
Bezugszeichenliste

1: Heizlichtquelle
1.2: Heizlichtquelle
1.3: Heizlichtquelle
1.4: Heizlichtquelle
1.5: Heizlichtquelle
2: Nutzlichtquelle
3: Nutzlichtweg
4: Beleuchtungssystem
5: Projektionsobjektiv
6, 6‘: Optisches Element
7: Reticle
8, 8‘: Optisches Element
9: Heizstrahlung
10: Wafer
11: Nutzstrahlung
12: Umlenkelement
13: Spektralfilter
14: Polarisationsfilter
15: Für Nutzstrahlung durchlässiges Element
60, 61, 80, 81: Optische Elemente unter streifendem Einfall
100: Projektionsbelichtungsanlage

Claims

Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie, mit einer Nutzlichtquelle (2) und einer Mehrzahl optischer Elemente (6, 6‘, 8, 8‘) zur Abbildung eines Reticles (7) auf einen Wafer (10), wobei durch die Nutzlichtquelle (2) und die optischen Elemente (6, 6‘, 8, 8‘, 60, 61, 80, 81) ein Nutzlichtweg (3) geschaffen ist, in welchem die von der Nutzlichtquelle (2) emittierte elektromagnetische Strahlung zur Abbildung des Reticles (7) verläuft und wobei eine Heizvorrichtung mit einer Heizlichtquelle (1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5) zur Beheizung mindestens eines der optischen Elemente (6, 6‘, 8, 8‘, 60, 61, 80, 81) vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung derart beschaffen ist, dass die von ihr emittierte Heizstrahlung (9) mindestens abschnittsweise auf dem Nutzlichtweg (3) verläuft.
Projektionsbelichtungsanlage (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizstrahlung (9) von einem ersten optischen Element (6, 6‘, 8‘) zu zumindest einem weiteren optischen Element (6‘, 8‘, 8, 60, 61, 80, 81) gelenkt wird.
Projektionsbelichtungsanlage (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizlichtquelle (1, 1.3, 1.4, 1.5) zwischen einer Heizposition und einer Ruheposition bewegbar ausgeführt ist.
Projektionsbelichtungsanlage (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung eine außerhalb des Nutzlichtweges (3) angeordnete Heizlichtquelle (1.2) und ein Umlenkelement (12) für die Heizstrahlung (9) aufweist, wobei das Umlenkelement (12) zwischen einer Heizposition und einer Ruheposition bewegbar ausgeführt ist.
Projektionsbelichtungsanlage (100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Umlenkelement (12) um einen Planspiegel, einen gekrümmten Spiegel oder ein Prisma handelt.
Projektionsbelichtungsanlage (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizlichtquelle (1) beziehungsweise das Umlenkelement (12) mindestens zeitweise zwischen der Nutzlichtquelle und einem Beleuchtungssystem der Projektionsbelichtungsanlage anordenbar ist.
Projektionsbelichtungsanlage (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizlichtquelle (1.5) oder das Umlenkelement mindestens zeitweise in einem für das Reticle vorgesehenen Bereich anordenbar ist.
Projektionsbelichtungsanlage (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizlichtquelle (1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5) geeignet ist, elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge größer als 130 nm, insbesondere im Bereich zwischen 400 nm und 800 nm oder größer als 800 nm zu emittieren.
Projektionsbelichtungsanlage (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung mindestens zwei getrennt ansteuerbare Heizlichtquellen (1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5) aufweist, welche geeignet sind, elektromagnetische Strahlung in unterschiedlichen Spektralbereichen zu emittieren.
Projektionsbelichtungsanlage (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Lichtweg der Heizstrahlung (9) mindestens ein Spektralfilter (13) angeordnet ist.
Projektionsbelichtungsanlage (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Lichtweg der Heizstrahlung (9) mindestens ein Polarisationsfilter (14) angeordnet ist.
Projektionsbelichtungsanlage (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Filter (13, 14) zwischen einer Heizposition und einer Ruheposition bewegbar ausgeführt ist.
Projektionsbelichtungsanlage (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung derart ausgeführt ist, dass die Heizstrahlung (9) ein beheiztes optisches Element (60, 61, 80, 81) unter einem Einfallswinkel größer als 60° erreicht.
Projektionsbelichtungsanlage (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein für die Nutzstrahlung durchlässiges Element (15) vorhanden ist, welches für die Heizstrahlung (9) jedoch zumindest teilweise undurchlässig ist, und welches mindestens zeitweise im Nutzlichtweg (3) positionierbar ist.
Projektionsbelichtungsanlage (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nutzlichtquelle (2) geeignet ist, optische Strahlung mit einer Wellenlänge von weniger als 100 nm, vorzugsweise von 13,5 nm, 7 nm oder weniger zu emittieren.
Verfahren zum Heizen einer Komponente einer Projektionsbelichtungsanlage (100) für die Halbleiterlithographie, wobei – zur Abbildung eines Reticles (7) auf einen Wafer (10) durch eine Nutzlichtquelle (2) und optische Elemente (6, 6‘, 8, 8‘, 60, 61, 80, 81) ein Nutzlichtweg (3) geschaffen ist, in welchem die von der Nutzlichtquelle (2) emittierte elektromagnetische Strahlung zur Abbildung des Reticles (7) verläuft, – und wobei mindestens eines der optischen Elemente (6, 6‘, 8, 8‘, 60, 61, 80, 81) mittels elektromagnetischer Heizstrahlung (9) beheizt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizstrahlung (9) mindestens abschnittsweise entlang dem Nutzlichtweg (3) verläuft.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass als Heizstrahlung (9) elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge größer als 130 nm, insbesondere im Bereich zwischen 400 nm und 800 nm oder größer als 800 nm verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass als Heizstrahlung (9) elektromagnetische Strahlung in unterschiedlichen Spektralbereichen verwendet wird, deren Intensität in den unterschiedlichen Spektralbereichen getrennt regelbar ist.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Intensität der Heizstrahlung (9) in den unterschiedlichen Spektralbereichen durch die gesonderte zeitliche Ansteuerung verschiedener Strahlungsquellen gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19 dadurch gekennzeichnet, dass die Intensität der Heizstrahlung (9) in den unterschiedlichen Spektralbereichen durch das Einbringen verschiedener Filter (13, 14) in den Strahlengang der Heizstrahlung (9) gesteuert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizstrahlung (9) aus dem Bereich einer Reticlestage in den Nutzlichtweg (3) eingekoppelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Intensität der Heizstrahlung (9) auf Basis einer Temperaturmessung an mindestens einem optischen Element (6, 6‘, 8, 8‘, 60, 61, 80, 81) gesteuert wird.