DE102019217530A1 - OPTICAL ELEMENT AND METHOD FOR PRODUCING AN OPTICAL ELEMENT - Google Patents
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Abstract
Ein optisches Element (200, 220, 230) für eine Lithographieanlage (100A, 100B), umfassend:eine optische Oberfläche (201);eine erste Schicht (202) aus einem ersten Material mit einem ersten thermischen Ausdehnungskoeffizienten;eine zweite Schicht (203) aus einem zweiten Material mit einem zweiten thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der größer als der erste thermische Ausdehnungskoeffizient ist, wobei die erste und die zweite Schicht (202, 203) entlang einer Grenzfläche (205) zusammengesetzt sind und die erste Schicht (202) zwischen der optischen Oberfläche (201) und der Grenzfläche (205) angeordnet ist; undeine Kühleinrichtung (206), die im Bereich der Grenzfläche (205) verläuft und eingerichtet ist, das optische Element (200, 220, 230) zu kühlen; wobeider erste thermische Ausdehnungskoeffizient mindestens zehn Mal, insbesondere mindestens achtzig Mal geringer als der zweite thermische Ausdehnungskoeffizient ist.An optical element (200, 220, 230) for a lithography system (100A, 100B), comprising: an optical surface (201); a first layer (202) made of a first material with a first coefficient of thermal expansion; a second layer (203) a second material having a second coefficient of thermal expansion greater than the first coefficient of thermal expansion, the first and second layers (202, 203) being assembled along an interface (205) and the first layer (202) between the optical surface (201) and the interface (205) is arranged; anda cooling device (206) which runs in the region of the interface (205) and is designed to cool the optical element (200, 220, 230); wherein the first coefficient of thermal expansion is at least ten times, in particular at least eighty times less than the second coefficient of thermal expansion.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Element, eine Lithographieanlage mit einem derartigen optischen Element und ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen optischen Elements.The present invention relates to an optical element, a lithography system with such an optical element and a method for producing such an optical element.
Die Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise, angewendet. Der Mikrolithographieprozess wird mit einer Lithographieanlage durchgeführt, welche ein Beleuchtungssystem und ein Projektionssystem aufweist. Das Bild einer mittels des Beleuchtungssystems beleuchteten Maske (Retikel) wird hierbei mittels des Projektionssystems auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes und in der Bildebene des Projektionssystems angeordnetes Substrat, beispielsweise einen Siliziumwafer, projiziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen.Microlithography is used to manufacture microstructured components, such as integrated circuits. The microlithography process is carried out with a lithography system which has an illumination system and a projection system. The image of a mask (reticle) illuminated by means of the illumination system is here projected by means of the projection system onto a substrate coated with a light-sensitive layer (photoresist) and arranged in the image plane of the projection system, for example a silicon wafer, around the mask structure onto the light-sensitive coating of the substrate transferred to.
Getrieben durch das Streben nach immer kleineren Strukturen bei der Herstellung integrierter Schaltungen werden derzeit EUV-Lithographieanlagen entwickelt, welche Licht mit einer Wellenlänge im Bereich von 0,1 nm bis 30 nm, insbesondere 13,5 nm verwenden. Bei solchen EUV-Lithographieanlagen müssen wegen der hohen Absorption der meisten Materialien von Licht dieser Wellenlänge reflektierende Optiken, das heißt Spiegel, anstelle von - wie bisher - brechenden Optiken, das heißt Linsen, eingesetzt werden.Driven by the pursuit of ever smaller structures in the manufacture of integrated circuits, EUV lithography systems are currently being developed which use light with a wavelength in the range from 0.1 nm to 30 nm, in particular 13.5 nm. In such EUV lithography systems, because of the high absorption of most materials by light of this wavelength, reflective optics, that is to say mirrors, have to be used instead of — as before — refractive optics, that is to say lenses.
Bei solchen Spiegeln kann es dazu kommen, dass etwa ein Drittel des einfallenden Lichts an der Spiegeloberfläche absorbiert wird. Dadurch entstehen starke Temperaturänderungen in den EUV-Optiken, was eine thermische Ausdehnung bzw. Deformation der Spiegel zur Folge hat. Dies beeinflusst die Abbildungseigenschaft des gesamten optischen Systems und führt zu erheblichen optischen Aberrationen, die bildverschlechternd wirken.With such mirrors it can happen that about a third of the incident light is absorbed on the mirror surface. This causes strong temperature changes in the EUV optics, which results in thermal expansion or deformation of the mirrors. This affects the imaging properties of the entire optical system and leads to considerable optical aberrations which have an image-deteriorating effect.
Bekannterweise werden zur Reduzierung der optischen Aberrationen EUV-Spiegel aus Materialien mit besonders niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten verwendet, wie zum Beispiel ULE®-Material (Ultra Low Expansion) oder Zerodur®-Material. Solche Materialien sind jedoch in der Herstellung besonders aufwendig und deswegen teuer.As is known, EUV mirrors made of materials with particularly low thermal expansion coefficients are used to reduce the optical aberrations, such as, for example, ULE® material (Ultra Low Expansion) or Zerodur® material. However, such materials are particularly complex to produce and therefore expensive.
Aus der
Vor diesem Hintergrund besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein verbessertes optisches Element bereitzustellen, mit dem thermisch induzierte Deformationen verhindert werden können.Against this background, it is an object of the present invention to provide an improved optical element with which thermally induced deformations can be prevented.
Gemäß einem ersten Aspekt wird ein optisches Element für eine Lithographieanlage vorgeschlagen. Das optische Element umfasst:
- eine optische Oberfläche;
- eine erste Schicht aus einem ersten Material mit einem ersten thermischen Ausdehnungskoeffizienten;
- eine zweite Schicht aus einem zweiten Material mit einem zweiten thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der größer als der erste thermische Ausdehnungskoeffizient ist, wobei die erste und die zweite Schicht entlang einer Grenzfläche zusammengesetzt sind und die erste Schicht zwischen der optischen Oberfläche und der Grenzfläche angeordnet ist; und
- eine Kühleinrichtung, die im Bereich der Grenzfläche verläuft und eingerichtet ist, das optische Element zu kühlen; wobei
- der erste thermische Ausdehnungskoeffizient mindestens zehn Mal, insbesondere mindestens achtzig Mal, geringer als der zweite thermische Ausdehnungskoeffizient ist.
- an optical surface;
- a first layer of a first material with a first coefficient of thermal expansion;
- a second layer of a second material having a second coefficient of thermal expansion greater than the first coefficient of thermal expansion, the first and second layers being assembled along an interface and the first layer disposed between the optical surface and the interface; and
- a cooling device which runs in the region of the interface and is set up to cool the optical element; in which
- the first coefficient of thermal expansion is at least ten times, in particular at least eighty times, less than the second coefficient of thermal expansion.
Das optische Element umfasst insbesondere zwei Schichten oder Abschnitte aus Materialien mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Zwischen den zwei Schichten kann eine Kühleinrichtung angeordnet sein, die zur thermischen Entkopplung der zwei Schichten voneinander dient. Daher ergibt sich insbesondere der Vorteil, dass nicht beide Schichten des optischen Elements aus einem teuren Material mit einem niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten (erstes Material) gefertigt sein müssen. Die von der optischen Oberfläche entferntere Schicht (zweite Schicht) kann aus einem günstigeren Material mit einem etwas größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten gefertigt sein, ohne die Deformationen gegenüber einem optischen Element, das ausschließlich aus dem ersten Material gebildet ist, zu erhöhen.The optical element comprises in particular two layers or sections made of materials with different coefficients of thermal expansion. A cooling device can be arranged between the two layers, which serves to thermally decouple the two layers from one another. Therefore, there is the particular advantage that both layers of the optical element do not have to be made from an expensive material with a low coefficient of thermal expansion (first material). The layer (second layer) that is farther from the optical surface can be made of a cheaper material with a somewhat larger coefficient of thermal expansion, without increasing the deformations compared to an optical element that is formed exclusively from the first material.
Die optische Oberfläche ist insbesondere die Oberfläche des optischen Elements, auf die beim Einsatz in die Lithographieanlage Licht trifft. Bei der optischen Oberfläche kann es sich somit um die Oberfläche des optischen Systems handeln, die optisch belastet ist.The optical surface is, in particular, the surface of the optical element that is struck by light when used in the lithography system. The optical surface can thus be the surface of the optical system that is optically loaded.
Zwischen der optischen Oberfläche und der Grenzfläche erstreckt sich insbesondere die erste Schicht aus dem ersten Material. Auf der anderen Seite der Grenzfläche kann sich die zweite Schicht erstrecken. Die Grenzfläche verläuft beispielsweise parallel zur optischen Oberfläche. Zwischen der Grenzfläche und der Oberfläche kann aber auch ein Winkel von bis zu 5° liegen.In particular, the first layer made of the first material extends between the optical surface and the interface. The second layer can extend on the other side of the interface. The interface, for example, runs parallel to the optical surface. Between the Boundary surface and the surface can also be an angle of up to 5 °.
In dieser Anmeldung ist der thermische Ausdehnungskoeffizient, auch Wärmekoeffizient oder Wärmeausdehnungskoeffizient, als der lineare thermische Ausdehnungskoeffizient zu verstehen.In this application, the coefficient of thermal expansion, also known as the coefficient of thermal expansion or thermal expansion, is to be understood as the linear coefficient of thermal expansion.
Die Kühleinrichtung verläuft im Bereich der Grenzfläche. „Im Bereich“ der Grenzfläche bedeutet insbesondere, dass ein Abstand zwischen der Kühleinrichtung und der Grenzfläche gering ist, vorzugsweise weniger als 10 mm. Die Kühleinrichtung verläuft beispielsweise entlang der Grenzfläche und/oder berührt diese.The cooling device runs in the area of the interface. “In the area” of the interface means in particular that a distance between the cooling device and the interface is small, preferably less than 10 mm. The cooling device runs, for example, along the interface and / or touches it.
Die Kühleinrichtung kann durch das optische Element absorbierte Energie, die sich in Wärme umgewandelt hat, effizient abführen und reduziert somit die Deformation eines gegebenen Materials bei gegebener Belastung. Durch das Einsetzen der Kühleinrichtung kann beispielsweise mehr absorbiertes Licht verkraftet werden, ohne das Aberrationsniveau zu erhöhen. Dadurch kann das optische Element zum Beispiel in einer Lithographieanlage eingesetzt werden, welche mit höherer Leistung betrieben wird, um zum Beispiel einen besseren Durchsatz und/oder eine höhere Auflösung durch geringere Fehlerbeiträge der Lackstochastik zu erreichen.The cooling device can efficiently dissipate energy absorbed by the optical element, which has converted into heat, and thus reduce the deformation of a given material under a given load. By inserting the cooling device, for example, more absorbed light can be absorbed without increasing the level of aberration. As a result, the optical element can be used, for example, in a lithography system which is operated at a higher power in order, for example, to achieve better throughput and / or higher resolution through lower error contributions from the coating stochastics.
Die Kühleinrichtung dient durch ihre Lage zwischen der ersten und der zweiten Schicht insbesondere dazu, die zweite Schicht von der an der optischen Oberfläche entstehenden Wärme zu entkoppeln. In der ersten Schicht kann eine Verringerung der Temperaturgradienten aufgrund des verwendeten ersten Materials mit niedrigem thermischem Ausdehnungskoeffizienten erfolgen. In der zweiten Schicht kann dank der Kühleinrichtung eine stärkere Reduktion des Temperaturgradienten um bis zu zwei Größenordnungen erreicht werden.The location of the cooling device between the first and the second layer in particular serves to decouple the second layer from the heat generated on the optical surface. In the first layer, the temperature gradients can be reduced due to the first material used with a low thermal expansion coefficient. In the second layer, the cooling device can achieve a greater reduction in the temperature gradient by up to two orders of magnitude.
Das erste Material spielt insbesondere Komponenten mit positiven und negativen Wärmeausdehnungskoeffizienten gegeneinander aus. Das Ergebnis ist insbesondere ein effektiv nichtlinearer Zusammenhang zwischen Wärmeausdehnung und Temperatur, wobei es genau einen Temperaturwert gibt, bei dem die Wärmeausdehnung im ersten Material ganz verschwindet: die Nulldurchgangstemperatur (auf Englisch auch „zero crossing temperature“).The first material plays off components with positive and negative coefficients of thermal expansion. The result is in particular an effectively non-linear relationship between thermal expansion and temperature, whereby there is exactly one temperature value at which the thermal expansion disappears completely in the first material: the zero crossing temperature (in English also "zero crossing temperature").
Aufgrund der stärkeren Reduzierung des Temperaturgradienten durch die Kühleinrichtung kann auf der der optischen Oberfläche abgewandten Seite der Grenzfläche ein Material (zweites Material) verwendet werden, das einen höheren thermischem Ausdehnungskoeffizienten hat, ohne negative Auswirkungen auf die optische Aberration zu haben. Materialien mit höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten sind kostengünstiger als Materialien mit geringeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten, so dass insgesamt ein kostengünstigeres optisches Element hergestellt werden kann.Due to the greater reduction of the temperature gradient by the cooling device, a material (second material) can be used on the side of the interface facing away from the optical surface that has a higher coefficient of thermal expansion without having any negative effects on the optical aberration. Materials with higher coefficients of thermal expansion are less expensive than materials with lower coefficients of thermal expansion, so that overall an inexpensive optical element can be produced.
Ohne Kühleinrichtung und mit einer ersten Schicht aus demselben Material wie die zweite Schicht kann der Deformationsbeitrag D1 vom optischen Element ausgedrückt werden als D1 = α1 ΔT1, wobei α1 der thermische Ausdehnungskoeffizient des optischen Elements ist und ΔT1 den Temperaturunterschied im optischen Element bezeichnet. Für das oben erwähnte nichtlineare Material mit Nulldurchgangstemperatur gilt ein solcher Zusammenhang in der Nähe (mathematisch „Umgebung“) einer Arbeitspunkttemperatur, die nicht präzise mit der Nulldurchgangstemperatur identisch ist.Without a cooling device and with a first layer made of the same material as the second layer, the deformation contribution D 1 from the optical element can be expressed as D 1 = α 1 ΔT 1 , where α 1 is the thermal expansion coefficient of the optical element and ΔT 1 is the temperature difference in the optical element Element called. For the non-linear material with zero crossing temperature mentioned above, such a relationship applies in the vicinity (mathematically “environment”) of an operating point temperature that is not precisely identical to the zero crossing temperature.
Für das optische Element gemäß dem ersten Aspekt, also mit einer Kühleinrichtung und mit einer zweiten Schicht aus einem Material mit einem höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als das Material der ersten Schicht, kann der Deformationsbeitrag D2 wie folgt ausgedrückt werden:
Bei der obigen Rechnung handelt es sich um eine Abschätzung zum Vergleich der Größenordnungen und nicht um ein Ergebnis einer präzisen Simulation. Die Kühlelemente ermöglichen es also insbesondere, bei vergleichbaren Deformationen und damit vergleichbarem Abbildungsbeitrag, teureres Material durch preisgünstigeres Material zu ersetzen.The above calculation is an estimate for comparing the orders of magnitude and not a result of a precise simulation. The cooling elements thus make it possible, in particular with comparable deformations and thus a comparable illustration contribution, to replace more expensive material with less expensive material.
Der erste thermische Ausdehnungskoeffizient ist insbesondere mindestens zehn (10) Mal geringer als der zweite thermische Ausdehnungskoeffizient, damit eine ausreichend geringe thermische Ausdehnung des optischen Systems erreicht wird. In weiteren Ausführungsformen ist der erste thermische Ausdehnungskoeffizient mindestens fünfzig (50), achtzig (80) oder sogar hundert (100) Mal geringer als der zweite thermische Ausdehnungskoeffizient. Dadurch kann eine geringere thermische Ausdehnung des optischen Systems erreicht werden, wodurch auch optische Aberrationen klein gehalten werden.The first thermal expansion coefficient is in particular at least ten (10) times lower than the second thermal expansion coefficient, so that a sufficiently low thermal expansion of the optical system is achieved. In other embodiments, the first coefficient of thermal expansion is at least fifty (50), eighty (80), or even a hundred (100) times less than the second coefficient of thermal expansion. This enables a lower thermal expansion of the optical system to be achieved, which also keeps optical aberrations small.
Gemäß einer Ausführungsform ist das optische Element ein Spiegel, und die optische Oberfläche ist eine Spiegelfläche.In one embodiment, the optical element is a mirror and the optical surface is a mirror surface.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Kühleinrichtung zumindest einen Kühlkanal, der durch ein Kühlmittel durchströmbar ist.According to a further embodiment, the cooling device comprises at least one cooling channel through which a coolant can flow.
Der oder die Kühlkanäle können geradlinig und parallel zur optischen Oberfläche verlaufen. Sie verlaufen insbesondere von einer Seitenfläche des optischen Elements zum anderen, um eine gleichmäßige Kühlung zu erzielen.The cooling channel or channels can run in a straight line and parallel to the optical surface. she run in particular from one side surface of the optical element to the other in order to achieve uniform cooling.
Die Querschnittsform eines Kühlkanals ist vorzugsweise rund oder oval, es sind jedoch auch andere Formen denkbar. Der Durchmesser eines Kühlkanals beträgt beispielsweise 1 bis 10 mm, vorzugsweise 3 bis 6 mm.The cross-sectional shape of a cooling channel is preferably round or oval, but other shapes are also conceivable. The diameter of a cooling channel is, for example, 1 to 10 mm, preferably 3 to 6 mm.
Insbesondere wird der Kühlkanal in die erste und/oder zweite Schicht eingefräst oder (zum Beispiel mit einem Laser) eingraviert. Der Kühlkanal kann zum Beispiel mit einem formgebundenen Werkzeug geschliffen und/oder geläppt und poliert werden. Das Polieren dient insbesondere dazu, dass keine Rückstände des Kühlmediums an der Kühlkanaloberfläche haften.In particular, the cooling channel is milled into the first and / or second layer or engraved (for example with a laser). For example, the cooling channel can be ground and / or lapped and polished using a shape-specific tool. The polishing serves in particular to ensure that no residues of the cooling medium adhere to the surface of the cooling channel.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Kühlmittel Wasser, Luft, Wasserstoff, Stickstoff, Helium und/oder Kohlendioxid. Es sind auch weitere Fluidstoffe als Kühlmittel einsetzbar, solange sie weder das optische Element noch die Lithographieanlage schädigen. Öle sind beispielsweise als Kühlmittel nicht geeignet.According to a further embodiment, the coolant comprises water, air, hydrogen, nitrogen, helium and / or carbon dioxide. Other fluid materials can also be used as coolants as long as they do not damage the optical element or the lithography system. For example, oils are not suitable as coolants.
Die Temperatur des Kühlmittels beim Durchströmen der Kühlkanäle kann von dem eingesetzten Kühlmittel abhängen. Beim Verwenden von Wasser kann dieses zum Beispiel bei 22°C durch die Kühlkanäle geleitet werden. Bei Gasen sind auch deutlich geringere Temperaturen (bis -70°C) denkbar, solange die Materialspannungen solche Temperaturen aushalten.The temperature of the coolant as it flows through the cooling channels can depend on the coolant used. When using water, it can be directed through the cooling channels at 22 ° C, for example. For gases, significantly lower temperatures (down to -70 ° C) are also conceivable as long as the material tensions can withstand such temperatures.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das erste Material ein Ultra Low Expansion Material (ULE®), das einen ersten thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen 5°C und 35°C von maximal 0 ± 30 × 10-9/K aufweist. Alternativ ist das erste Material ein Zerodur®-Material, das einen ersten thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen 0°C und 50°C von maximal 0 ± 0.100 × 10-6/K aufweist.According to a further embodiment, the first material is an ultra low expansion material (ULE®), which has a first coefficient of thermal expansion between 5 ° C. and 35 ° C. of a maximum of 0 ± 30 × 10 -9 / K. Alternatively, the first material is a Zerodur® material, which has a first coefficient of thermal expansion between 0 ° C and 50 ° C of a maximum of 0 ± 0.100 × 10 -6 / K.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist eine Dicke der ersten Schicht geringer als eine Dicke der zweiten Schicht. Insbesondere ist die Dicke der ersten Schicht mindestens vier Mal geringer als die Dicke der zweiten Schicht.According to a further embodiment, a thickness of the first layer is less than a thickness of the second layer. In particular, the thickness of the first layer is at least four times less than the thickness of the second layer.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform beträgt ein Abstand zwischen der optischen Oberfläche und der Grenzfläche weniger als 100 mm, bevorzugt weniger als 50 mm, ferner bevorzugt weniger als 20 mm. In bevorzugten Ausführungsformen beträgt der Abstand zwischen der optischen Oberfläche und der Grenzfläche zwischen 10 und 15 mm.According to a further embodiment, a distance between the optical surface and the interface is less than 100 mm, preferably less than 50 mm, further preferably less than 20 mm. In preferred embodiments, the distance between the optical surface and the interface is between 10 and 15 mm.
Die Grenzfläche ist insbesondere so nahe wie möglich an der optischen Oberfläche, um die Menge an teurem erstem Material gering zu halten.The interface is in particular as close as possible to the optical surface in order to keep the amount of expensive first material low.
Gleichzeitig wird bevorzugt darauf geachtet, dass der Abstand zwischen der optischen Oberfläche und der Grenzfläche groß genug ist. Es gibt insbesondere zwei Gründe für einen Mindestabstand. Zum einen wird die optische Oberfläche während der Formgebung interferometrisch vermessen. Ein nicht hinreichend gedämpfter Rückreflex von den Kühlstrukturen würde das Interferogramm verfälschen. Zum anderen kann es während des Betriebes zu kleineren Druckschwankungen in den Kühlkanälen der Kühleinrichtung kommen. Damit diese nicht als lokale Deformationen an der Oberfläche durchdrücken, wird insbesondere eine ausgleichende Materialdicke bevorzugt.At the same time, preference is given to ensuring that the distance between the optical surface and the interface is large enough. In particular, there are two reasons for a minimum distance. On the one hand, the optical surface is measured interferometrically during shaping. An insufficiently damped back reflection from the cooling structures would distort the interferogram. On the other hand, there may be minor pressure fluctuations in the cooling channels of the cooling device during operation. In order that these do not push through as local deformations on the surface, a compensating material thickness is particularly preferred.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist eine Temperaturänderung im ersten Material bei gleicher Oberflächeneinstrahlung zwei bis fünf Mal größer als eine Temperaturänderung im zweiten Material. Anders ausgedrückt erwärmt sich das erste Material 2 bis 5 Mal mehr als das zweite Material, wenn beide Materialien einer gleichen Oberflächeneinstrahlung (Belastung) ausgesetzt werden.According to a further embodiment, a temperature change in the first material with the same surface radiation is two to five times greater than a temperature change in the second material. In other words, the first material heats 2 to 5 times more than the second material when both materials are exposed to the same surface radiation (stress).
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist ein Temperaturgradient im ersten Material bei gleicher Oberflächeneinstrahlung zwei bis fünf Mal höher als ein Temperaturgradient im zweiten Material. Anders ausgedrückt ist die Temperaturableitung im ersten Material 2 bis 5 Mal höher als im zweiten Material, wenn beide Materialien einer gleichen Oberflächeneinstrahlung (Belastung) ausgesetzt werden.According to a further embodiment, a temperature gradient in the first material with the same surface irradiation is two to five times higher than a temperature gradient in the second material. In other words, the temperature dissipation in the first material is 2 to 5 times higher than in the second material if both materials are exposed to the same surface radiation (stress).
Gemäß einer weiteren Ausführungsform verläuft die Grenzfläche im Wesentlichen parallel zur optischen Oberfläche.According to a further embodiment, the interface runs essentially parallel to the optical surface.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Lithographieanlage eine EUV-Lithographieanlage, insbesondere eine EUV-Lithographieanlage für Wellenlängen unterhalb von 120 nm, insbesondere für Wellenlängen von 13,5 nm.According to a further embodiment, the lithography system is an EUV lithography system, in particular an EUV lithography system for wavelengths below 120 nm, in particular for wavelengths of 13.5 nm.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein Verfahren zum Herstellen eines optischen Elements für ein Lithographieanlage gemäß dem ersten Aspekt oder gemäß einer Ausführungsform des ersten Aspekts vorgeschlagen, wobei das optische Element eine optische Oberfläche aufweist. Das Verfahren umfasst:
- Bereitstellen einer ersten Schicht aus einem ersten Material mit einem ersten thermischen Ausdehnungskoeffizienten;
- Bereitstellen einer zweiten Schicht aus einem zweiten Material mit einem zweiten thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der größer als der erste thermische Ausdehnungskoeffizient ist;
- Zusammensetzen der ersten und der zweiten Schicht entlang einer Grenzfläche, so dass die erste Schicht zwischen der optischen Oberfläche und der Grenzfläche angeordnet ist, und so dass eine Kühleinrichtung im Bereich der Grenzfläche verläuft, welche eingerichtet ist, das optische Element zu kühlen; wobei
- der erste thermische Ausdehnungskoeffizient mindestens zehn Mal, insbesondere mindestens achtzig Mal, geringer als der zweite thermische Ausdehnungskoeffizient ist.
- Providing a first layer of a first material with a first coefficient of thermal expansion;
- Providing a second layer of a second material with a second thermal Expansion coefficient that is greater than the first thermal expansion coefficient;
- Assembling the first and second layers along an interface, so that the first layer is arranged between the optical surface and the interface, and so that a cooling device extends in the region of the interface, which is set up to cool the optical element; in which
- the first coefficient of thermal expansion is at least ten times, in particular at least eighty times, less than the second coefficient of thermal expansion.
Die für das optische Element beschriebenen Ausführungsformen und Merkmale gelten für das vorgeschlagene Verfahren entsprechend und umgekehrt.The embodiments and features described for the optical element apply correspondingly to the proposed method and vice versa.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner die Schritte:
- Einarbeiten eines Kühlkanals und/oder eines Kühlkanalabschnitts in eine Oberfläche der ersten und/oder der zweiten Schicht; und
- anschließendes Zusammensetzen der ersten und der zweiten Schicht entlang der Grenzfläche, so dass der eingearbeitete Kühlkanal und/oder Kühlkanalabschnitt durch das Zusammensetzen die Kühleinrichtung ausbildet.
- Incorporating a cooling channel and / or a cooling channel section into a surface of the first and / or the second layer; and
- subsequent assembly of the first and second layers along the interface, so that the incorporated cooling duct and / or cooling duct section forms the cooling device by the assembly.
Das Einarbeiten eines Kühlkanals und/oder eines Kühlkanalabschnitts kann in die Oberfläche der ersten und/oder zweiten Schicht erfolgen, wodurch die Herstellung erleichtert wird. Insbesondere wird der Kühlkanal und/oder der Kühlkanalabschnitt in die Schichtoberfläche eingefräst oder (zum Beispiel mit einem Laser) eingraviert. Wie zuvor bereits beschrieben, kann der Kühlkanal zum Beispiel mit einem formgebundenen Werkzeug geschliffen und/oder geläppt und poliert werden. Das Polieren dient insbesondere dazu, dass keine Rückstände des Kühlmediums an der Kühlkanaloberfläche haften.The incorporation of a cooling channel and / or a cooling channel section can take place in the surface of the first and / or second layer, whereby the manufacture is facilitated. In particular, the cooling duct and / or the cooling duct section is milled into the layer surface or engraved (for example with a laser). As previously described, the cooling channel can be ground and / or lapped and polished, for example, using a shape-bound tool. The polishing serves in particular to ensure that no residues of the cooling medium adhere to the surface of the cooling channel.
Der Kühlkanal und/oder der Kühlkanalabschnitt kann als Rille in eine oder beide Schichten eingearbeitet werden. Beim Zusammensetzen der beiden Schichten kann eine Rille aus der ersten Schicht einer Rille aus der zweiten Schicht gegenüberliegen, so dass beide Rillen zusammen die Kühleinrichtung bilden. Es ist auch möglich, dass die Rille einer Schicht beim Zusammensetzen auf eine nicht bearbeitete Oberfläche der anderen Schicht aufliegt, so dass diese eine Rille mit der gegenüberliegenden Oberfläche der anderen Schicht die Kühleinrichtung bildet.The cooling channel and / or the cooling channel section can be incorporated as a groove in one or both layers. When the two layers are put together, a groove from the first layer can lie opposite a groove from the second layer, so that both grooves together form the cooling device. It is also possible for the groove of one layer to rest on a non-machined surface of the other layer when it is being assembled, so that it forms a groove with the opposite surface of the other layer as the cooling device.
Die eingearbeiteten Rillen können halbkreisförmig oder rechteckig sein. Dadurch ergibt sich dann eine Kühleinrichtung mit einem runden oder rechteckigen Querschnitt. Da der Kühlkanal keine optischen Eigenschaften aufweisen muss, kann die Kühlkanaloberfläche auch geringe Unregelmäßigkeiten aufweisen. Die Kühlkanaloberfläche ist insbesondere glatt genug, dass das durchströmende Kühlmittel keine Schwingungen des optischen Elements hervorruft.The grooves can be semi-circular or rectangular. This then results in a cooling device with a round or rectangular cross section. Since the cooling channel does not have to have any optical properties, the cooling channel surface can also have slight irregularities. The cooling channel surface is in particular smooth enough that the coolant flowing through does not cause any vibrations of the optical element.
Das Zusammensetzen der ersten und der zweiten Schicht entlang der Grenzfläche kann zum Beispiel durch Fügen oder Ansprengen erfolgen.The first and second layers can be assembled along the interface, for example by joining or cracking.
Eine alternative Möglichkeit, um die Kühlkanäle der Kühleinrichtung in das optische Element einzuarbeiten, wäre zum Beispiel, die Kühlkanäle in das fertige optische Element zu bohren, nachdem die erste und zweite Schicht zusammengefügt wurden. Dieser Prozess ist jedoch aufwendiger als die zuvor beschriebene Oberflächenbehandlung.For example, an alternative way to incorporate the cooling channels of the cooling device into the optical element would be to drill the cooling channels into the finished optical element after the first and second layers have been joined. However, this process is more complex than the surface treatment described above.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Zusammensetzen ein Fügen und/oder ein Ansprengen der ersten und der zweiten Schicht.According to a further embodiment, the assembly comprises joining and / or wringing the first and second layers.
Gemäß einem dritten Aspekt wird eine Lithographieanlage vorgeschlagen, welche ein optisches Element nach dem ersten Aspekt oder nach einer Ausführungsform des ersten Aspekts umfasst. Insbesondere ist das optische Element Teil der Projektionsbelichtungsanlage der Lithographieanlage.According to a third aspect, a lithography system is proposed which comprises an optical element according to the first aspect or according to an embodiment of the first aspect. In particular, the optical element is part of the projection exposure system of the lithography system.
Die für das optische Element beschriebenen Ausführungsformen und Merkmale gelten für die vorgeschlagene Lithographieanlage entsprechend und umgekehrt.The embodiments and features described for the optical element apply correspondingly to the proposed lithography system and vice versa.
„Ein“ ist vorliegend nicht zwingend als beschränkend auf genau ein Element zu verstehen. Vielmehr können auch mehrere Elemente, wie beispielsweise zwei, drei oder mehr, vorgesehen sein. Auch jedes andere hier verwendete Zählwort ist nicht dahingehend zu verstehen, dass eine Beschränkung auf genau die genannte Anzahl von Elementen gegeben ist. Vielmehr sind zahlenmäßige Abweichungen nach oben und nach unten möglich, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.In the present case, “a” is not necessarily to be understood as restricting to exactly one element. Rather, several elements, such as two, three or more, can also be provided. Nor is any other measure word used here to be understood to mean that there is a restriction to exactly the number of elements mentioned. Rather, numerical deviations upwards and downwards are possible, unless stated otherwise.
Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.Further possible implementations of the invention also include combinations of features or embodiments described above or below with reference to the exemplary embodiments that are not explicitly mentioned. The person skilled in the art will also add individual aspects as improvements or additions to the respective basic form of the invention.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
-
1A zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer EUV-Lithographieanlage; -
1B zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer DUV-Lithographieanlage; -
2 zeigt eine Ansicht eines optischen Elements gemäß einer ersten Ausführungsform; -
3 zeigt eine Schnittansicht des optischen Elements gemäß der ersten Ausführungsform; -
4 zeigt eine weitere Schnittansicht des optischen Elements gemäß der ersten Ausführungsform; -
5 zeigt ein simuliertes Temperaturprofil in einem bekannten optischen Element ohne Kühleinrichtung; -
6 zeigt ein simuliertes Temperaturprofil in dem optischen Element gemäß der ersten Ausführungsform; -
7 zeigt ein Verfahren zum Herstellen eines optischen Elements; -
8 und9 zeigen einzelne Schritte des Verfahrens zum Herstellen des optischen Elements; -
10 zeigt eine Schnittansicht eines optischen Elements gemäß einer zweiten Ausführungsform; und -
11 zeigt eine Schnittansicht eines optischen Elements gemäß einer dritten Ausführungsform.
-
1A shows a schematic view of an embodiment of an EUV lithography system; -
1B shows a schematic view of an embodiment of a DUV lithography system; -
2 shows a view of an optical element according to a first embodiment; -
3 shows a sectional view of the optical element according to the first embodiment; -
4 shows a further sectional view of the optical element according to the first embodiment; -
5 shows a simulated temperature profile in a known optical element without a cooling device; -
6 shows a simulated temperature profile in the optical element according to the first embodiment; -
7 shows a method for manufacturing an optical element; -
8th and9 show individual steps of the method for producing the optical element; -
10 shows a sectional view of an optical element according to a second embodiment; and -
11 shows a sectional view of an optical element according to a third embodiment.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist. Ferner sollte beachtet werden, dass die Darstellungen in den Figuren nicht notwendigerweise maßstabsgerecht sind.In the figures, elements that are the same or have the same function have been given the same reference numerals, unless stated otherwise. It should also be noted that the representations in the figures are not necessarily to scale.
Die EUV-Lithographieanlage
Das in
Das Projektionssystem
Die DUV-Lithographieanlage
Das in
Das Projektionssystem
Ein Luftspalt zwischen der letzten Linse
Der Spiegel
Ein Teil des auf die Oberfläche
Die
Entlang der Grenzfläche
Die Dicke
Die erste Schicht
Der erste thermische Ausdehnungskoeffizient ist somit deutlich geringer als der zweite thermische Ausdehnungskoeffizient. Die erste Schicht
Aufgrund der stärkeren Reduktion des Temperaturgradienten durch die Kühleinrichtung
In der
Die
In der Tiefe des Spiegels
Wie in der
In einem Schritt
In einem Schritt
Wie in der
In einem Schritt
Im Ergebnis wird der Spiegel
Die
Die Kühlkanäle
Die
Die Kühlkanäle
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist sie vielfältig modifizierbar. Es können zum Beispiel andere Materialien zur Herstellung der ersten und der zweiten Schicht
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 100A100A
- EUV-LithographieanlageEUV lithography system
- 100B100B
- DUV-LithographieanlageDUV lithography system
- 102102
- Strahlformungs- und BeleuchtungssystemBeam shaping and lighting system
- 104104
- Projektionssystemprojection system
- 106A106A
- EUV-LichtquelleEUV-light source
- 106B106B
- DUV-LichtquelleDUV light source
- 108A108A
- EUV-StrahlungEUV radiation
- 108B108B
- DUV-StrahlungDUV radiation
- 110110
- Spiegelmirror
- 112112
- Spiegelmirror
- 114114
- Spiegelmirror
- 116116
- Spiegelmirror
- 118118
- Spiegelmirror
- 120120
- Photomaskephotomask
- 122122
- Spiegelmirror
- 124124
- Waferwafer
- 126126
- optische Achseoptical axis
- 128128
- Linselens
- 130130
- Spiegelmirror
- 132132
- Mediummedium
- 200200
- optisches Elementoptical element
- 201201
- optische Oberflächeoptical surface
- 202202
- erste Schichtfirst layer
- 203203
- zweite Schichtsecond layer
- 205205
- Grenzflächeinterface
- 206206
- Kühleinrichtungcooling device
- 207207
- Kühlkanalcooling channel
- 208208
- KühlmitteleinlassCoolant inlet
- 209209
- Kühlmittelauslasscoolant outlet
- 210210
- Rillegroove
- 211211
- Befestigungselementfastener
- 212212
- Strukturkörperbody structure
- 213213
- Beschichtungcoating
- 214214
- Seitenkanalside channel
- 215,216215,216
- Oberflächesurface
- 220220
- optisches Elementoptical element
- 230230
- optisches Elementoptical element
- 240240
- optisches Elementoptical element
- D1D1
- Dicke der ersten SchichtThickness of the first layer
- D2D2
- Dicke der zweiten SchichtThickness of the second layer
- M1M1
- Spiegelmirror
- M2M2
- Spiegelmirror
- M3M3
- Spiegelmirror
- M4M4
- Spiegelmirror
- M5 M5
- Spiegelmirror
- M6M6
- Spiegelmirror
- KK
- Kühlmittelcoolant
- S1 - S4S1 - S4
- Verfahrensschrittesteps
- T1-T9T1-T9
- Temperaturtemperature
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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