DE102020203750A1

DE102020203750A1 - Vorrichtung zur Erfassung einer Temperatur, Anlage zur Herstellung eines optischen Elementes und Verfahren zur Herstellung eines optischen Elementes

Info

Publication number: DE102020203750A1
Application number: DE102020203750.7A
Authority: DE
Inventors: Michael Stolz; Timo Laufer
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2020-03-24
Filing date: 2020-03-24
Publication date: 2021-09-30
Also published as: EP4124210A1; WO2021190780A1; US20230018331A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (20) zur Erfassung einer Temperatur auf einer Oberfläche (15) eines optischen Elementes (14) für die Halbleiterlithographie mit- einem optischen Element (14) mit einer mit elektromagnetischer Strahlung (7,8,43) bestrahlten Fläche (16),- einer Temperaturaufnahmevorrichtung (21) und- einem Element (22), wobei das Element (22) dazu eingerichtet ist, temperiert zu werden. Erfindungsgemäß ist das Element (22) derart angeordnet, dass die von der Temperaturaufnahmevorrichtung (21) erfasste durch Reflektion an der Oberfläche (15) des optischen Elementes (14) reflektierte Wärmestrahlung (25.2) von dem Element (22) emittiert wird.Weiterhin betrifft die Erfindung eine Anlage (1) zur Herstellung einer Oberfläche (15) eines optischen Elementes (14) für die Halbleiterlithographie sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Oberfläche (15) eines optischen Elementes (14) einer Projektionsbelichtungsanlage (30), wobei die Oberfläche (15) getempert wird und die Oberflächentemperatur erfindungsgemäß beim Tempern erfasst wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung einer Temperatur, eine Anlage zur Herstellung eines optischen Elementes und ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Elementes.
Projektionsbelichtungsanlagen für die Mikrolithographie für den EUV-Wellenlängenbereich von 1-120 nm sind darauf angewiesen, dass die zur Abbildung einer Maske in eine Bildebene genutzten reflektiven optischen Elemente eine hohe Genauigkeit ihrer Oberflächenform aufweisen. Ebenso sollten Masken als reflektive optische Elemente für den EUV-Wellenlängenbereich eine hohe Genauigkeit ihrer Oberflächenform aufweisen, da ihr Ersatz sich in nicht unerheblicher Weise in den Betriebskosten einer Projektionsbelichtungsanlage niederschlägt.
Methoden zur Korrektur der Oberflächenform von optischen Elementen sind insbesondere aus US 6 844 272 B2 , US 6 849 859 B2 , DE 102 39 859 A1 , US 6 821 682 B1 , US 2004 0061868 A1 , US 2003 0006214 A1 , US 2003 00081722 A1 , US 6 898 011B2 , US 7 083 290 B2 , US 7 189 655 B2 , US 2003 0058986 A1 , DE 10 2007 051 291 A1 , EP 1 521 155 A2 und US 4 298 247 bekannt.
Einige der in den genannten Schriften aufgeführten Korrekturmethoden basieren darauf, das Substratmaterial von optischen Elementen durch Bestrahlung lokal zu verdichten. Hierdurch wird eine Veränderung der Oberflächenform des optischen Elements in der Nähe der bestrahlten Bereiche erzielt. Andere Methoden basieren auf einem direkten Oberflächenabtrag des optischen Elements. Wiederum andere der genannten Methoden nutzen die thermische oder elektrische Verformbarkeit von Materialien, um den optischen Elementen räumlich ausgedehnte Oberflächenformänderungen aufzuprägen.
Die DE 10 2011084117 A1 und die WO 2011/020655 A1 offenbaren Methoden, um das reflektierende optische Element zusätzlich zur Korrektur der Oberflächenform vor einer langfristigen Verdichtung (nachfolgend als „Kompaktierung“ bezeichnet) in der Größenordnung von einigen Vol.-% bzw. Alterung des Substratmaterials auf-grund von EUV-Strahlung zu schützen. Dazu wird die Oberfläche des reflektieren-den optischen Elementes homogen mit Strahlung beaufschlagt und damit verdichtet und/oder mit einer Schutzschicht beschichtet. Beide Verfahren verhindern das Eindringen der EUV-Strahlung in das Substratmaterial. Dadurch können langfristig unzulässige Oberflächenverformungen durch Kompaktierung des Materials durch die EUV-Strahlung verhindert werden.
Als Ursache der Kompaktierung bzw. Alterung von Substratmaterialien, wie zum Beispiel Zerodur® von der Schott AG oder ULE® von Corning Inc. mit einem Anteil von mehr als 40 Vol.-% SiO2, wird angenommen, dass bei den hohen Herstelltemperaturen des Substratmaterials ein thermodynamischer Ungleichgewichtszustand eingefroren wird, welcher bei EUV Bestrahlung in einen thermodynamischen Grundzustand übergeht. Passend zu dieser Hypothese lassen sich Beschichtungen aus SiO2 herstellen, die keine solche Kompaktierung zeigen, da bei entsprechend gewählter Beschichtungsmethode diese Schichten bei wesentlich niedrigeren Temperaturen als das Substratmaterial hergestellt werden.
Die Kompaktierung geht über die Zeit zurück, wodurch sich die Oberflächenform wiederum verändert. Dieser Rückgang der Kompaktierung, der im Folgenden auch als Dekompaktierung bezeichnet wird, beruht vermutlich auf einer Relaxation der durch die Bestrahlung im Material erzeugten Defektzustände. Die über die Zeit durch die Dekompaktierung während des Betriebs beim Kunden verursachten Veränderungen der Oberflächenform können durch Tempern des optischen Elementes während der Fertigung vorweggenommen werden. Dadurch werden die möglicherweise verbleibende Dekompaktierung und die daraus folgenden Veränderungen der Oberfläche während des Betriebes beim Kunden auf ein Minimum reduziert. Dazu wird das optische Element homogen oder lokal über einen längeren Zeitraum auf Temperaturen über der normalen Betriebstemperatur erwärmt, was einer Beschleunigung und dadurch einer Vorwegnahme der über die Zeit stattfindenden Dekompaktierung gleich kommt. Nachteilig an den bekannten Tempermethoden ist es, dass die Temperatur an der Oberfläche des optischen Elementes, insbesondere ein Temperaturprofil nur indirekt gemessen werden kann. Beispielsweise kann das optische Element von den Seitenflächen oder, im Fall eines Spiegels, von der Rückseite her Aussparungen aufweisen, in denen Temperaturfühler eingelassen sind. Diese erfassen die Temperatur am Ende der Aussparung, die einige mm von der Oberfläche entfernt liegt. Über eine Simulation des Wärmeflusses im optischen Element kann die Oberflächentemperatur indirekt bestimmt werden. Diese Methode hat den Nachteil, dass die Temperaturmessung zeitverzögert ist und eine Regelung der Heizleistung zur Erwärmung der Oberfläche erschwert.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, welche die oben beschriebenen Nachteile des Standes der Technik beseitigen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Anlage zur Herstellung eines optischen Elementes anzugeben.
Diese Aufgaben werden gelöst durch die in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Vorrichtungen und Verfahren. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen und Varianten der Erfindung.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erfassung einer Temperatur auf einer Oberfläche eines optischen Elementes für die Halbleiterlithographie umfasst ein optisches Element mit einer mit elektromagnetischer Strahlung bestrahlten Fläche, eine Temperaturaufnahmevorrichtung und ein Element, wobei das Element dazu eingerichtet ist, temperiert zu werden. Erfindungsgemäß ist das Element derart angeordnet, dass die von der Temperaturaufnahmevorrichtung erfasste und durch Reflektion an der Oberfläche des optischen Elementes reflektierte Wärmestrahlung von dem Element emittiert wird.
Dadurch wird erreicht, dass Strahlung, die die Temperaturaufnahmevorrichtung erreicht und die nicht direkt von der - für die Messung interessierende - Oberfläche des optischen Elementes stammt, zumindest von einem Element emittiert wird, dessen Temperatur und damit dessen Wärmestrahlung kontrollierbar ist. Der Fehlerbeitrag von an der Oberfläche des optischen Elementes reflektierter Wärmestrahlung lässt sich mit der erfindungsgemäßen Maßnahme besser als nach dem Stand der Technik bisher möglich beherrschen.
Insbesondere kann vor der Temperaturaufnahmevorrichtung zur Filterung störender Strahlung beziehungsweise zur weiteren Verbesserung der Messung ein Filter, insbesondere ein Polarisationsfilter angeordnet sein.
Die an der Oberfläche des Elementes reflektierte Wärmestrahlung ist beim Einfall auf das optische Element üblicherweise nicht polarisiert, kann aber bei der Reflektion an der optischen Oberfläche unter geeigneten Winkeln polarisiert werden. Der Polarisationsfilter kann dann derart angeordnet sein, dass die durch Reflexion mindestens teilweise polarisierte, für die Messung nicht erwünschte Strahlung herausgefiltert wird. Dies reduziert den die Temperaturaufnahmevorrichtung erreichenden Anteil der parasitären Wärmestrahlung des Elementes gegenüber dem zu messenden Anteil der Wärmestrahlung der Oberfläche des optischen Elementes, wie beispielsweise eines Spiegels, welche zur Bestimmung der Oberflächentemperatur erfasst werden soll.
Insbesondere kann der Filter dazu eingerichtet sein, um seine eigene Achse rotiert zu werden. Dadurch kann der von der Temperaturvorrichtung erfassten Intensität der reflektierten, polarisierten Wärmestrahlung eine bekannte Frequenz aufgeprägt werden. Auf diese Weise kann der Signalanteil, der auf reflektierte (und unerwünschte) Strahlung zurückgeht leicht identifiziert und bei der Bestimmung der Oberflächentemperatur des optischen Elementes berücksichtigt werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Oberfläche des optischen Elementes eine Beschichtung mit einem Emissionsgrad für den von der Temperaturaufnahmevorrichtung erfassten Wellenlängenbereich von größer als 0,05, bevorzugt größer 0,4 und besonders bevorzugt von größer als 0,95 umfassen. Die Oberflächen des optischen Elementes weisen üblicherweise Beschichtungen für die Reflektion von elektromagnetischer Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen 1nm bis 400nm auf. Es kann daher eine zusätzliche Schicht, welche die Reflektivität im Bereich von 1nm bis 400nm nicht mindert und den Emissionsgrad der Oberfläche für eine Wellenlänge von 1µm bis 15µm auf die weiter oben beschriebenen Werte erhöhen kann, auf der Oberfläche ausgebildet werden. Ebenso kann die Schicht nur für Mess- beziehungsweise Regelungszwecke beim Tempern temporär aufgebracht, also nach dem Tempervorgang und vor der Verwendung des optischen Elementes beispielsweise in einer Projektionsbelichtungsanlage wieder entfernt werden.
Weiterhin kann die Oberfläche des Elementes derart ausgebildet sein, dass der Emissionsgrad für den von der Temperaturaufnahmevorrichtung erfassten Wellenlängenbereich kleiner als 0,4, bevorzugt kleiner als 0,2 und besonders bevorzugt kleiner 0,05 ist. Das Element kann ebenfalls beschichtet werden, wobei hierbei eine funktionelle Schicht, wie bei dem optischen Element für die Halbleiterlithographie, nicht berücksichtigt werden muss.
Daneben kann die elektromagnetische Strahlung eine Heizstrahlung zur Erwärmung der Oberfläche des optischen Elementes umfassen. Diese kann beispielsweise zur gezielten Erwärmung der Oberfläche des beispielsweise als Spiegel ausgebildeten optischen Elementes verwendet werden, um eine beschleunigte Relaxation, also eine Dekompaktierung, der durch Bestrahlung behandelten und dadurch kompaktierten Oberfläche, zu erreichen. Dies reduziert die danach noch eintretende Veränderung der Oberfläche des Spiegels über die Lebensdauer durch Dekompaktierung auf ein Minimum.
Die Erfindung schließt weiterhin eine Anlage zur Herstellung einer Oberfläche eines optischen Elementes für die Halbleiterlithographie mit einem optischen Element mit einer durch elektromagnetische Strahlung bestrahlten Fläche ein. Die Anlage umfasst eine erste Heizvorrichtung, eine zweite Heizvorrichtung und eine Vorrichtung nach einem der weiter oben beschriebenen Ausführungsbeispiele. Die elektromagnetische Strahlung kann Wärmestrahlung in einem Wellenlängenbereich von 800nm bis 15 µm, also einem Teil des infraroten Spektrums, umfassen.
Weiterhin kann mindestens eine Heizvorrichtung eine Lichtquelle umfassen.
Insbesondere kann die Lichtquelle dazu eingerichtet sein, eine gerichtete elektromagnetische Strahlung bereitzustellen. Diese kann überwiegend im infraroten Bereich liegen.
Weiterhin kann die Lichtquelle einen Laser oder eine Lampe oder eine Leuchtdiode umfassen. Die Lichtquelle kann auch für beide Heizvorrichtungen verwendet werden bzw. es können auch beide Heizvorrichtungen als Lichtquellen realisiert werden, wobei die erste Heizvorrichtung eine konstante Wärmeleistung über die Fläche emittiert und die zweite Heizvorrichtung lokal eine Wärmeleistung in das optische Element eintragen kann. Dies kann beispielsweise über einen scannenden Laserstrahl realisiert werden.
Daneben kann die Anlage mindestens eine Strahlfalle umfassen.
Insbesondere kann die Strahlfalle derart angeordnet sein, dass die an dem optischen Element reflektierte elektromagnetische Strahlung absorbiert wird. Die in der Strahlfalle absorbierte Leistung kann beispielsweise durch eine Kühlung der Strahlfalle gezielt abgeführt werden. Dadurch kann eine Beeinflussung der Bestimmung der Temperatur der Oberfläche des optischen Elementes durch reflektierte Wärmestrahlung, beispielsweise von einer Umhausung der Anlage, effektiv vermieden werden.
Weiterhin kann eine Oberfläche der Umhausung der Anlage derart ausgebildet sein, dass der Emissionsgrad für den von der Temperaturaufnahmevorrichtung erfassten Wellenlängenbereich mindestens bereichsweise kleiner als 0,4, bevorzugt kleiner als 0,2 und besonders bevorzugt kleiner 0,05 ist. Dadurch kann zusätzlich zu der Strahlfalle die Wahrscheinlichkeit, dass von den Heizvorrichtungen emittiertes Licht durch einfache oder mehrfache Reflektion von der Temperaturaufnahmevorrichtung erfasst wird, vorteilhaft reduziert werden.
Dabei kann die Oberfläche der Umhausung beschichtet sein.
Weiterhin schließt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Oberfläche eines optischen Elementes einer Projektionsbelichtungsanlage ein, wobei die Oberfläche getempert wird und erfindungsgemäß die Oberflächentemperatur beim Tempern erfasst wird.
Dabei kann die Oberflächentemperatur über die Erfassung der von der Oberfläche emittierten Wärmestrahlung bestimmt werden.
Weiterhin kann die durch Reflektion an der Oberfläche des optischen Elementes reflektierte von der Temperaturerfassungsvorrichtung erfasste parasitäre Wärmestrahlung eines Elementes minimiert werden.
Insbesondere kann die Minimierung der parasitären Wärmestrahlung des Elementes durch Temperieren des Elementes bewirkt werden. Wird das Element auf eine sehr niedrige Temperatur abgekühlt, ist die abgestrahlte oder emittierte Wärmestrahlung abhängig von der Wellenlänge kleiner als bei einem Element mit einer hohen Temperatur. Im Fall einer Oberfläche des optischen Elementes mit einer Temperatur von 100° Celsius kann beispielsweise das Element auf eine Temperatur von -20° Celsius abgekühlt werden. Dadurch kann das Verhältnis der spektralen Strahlungsdichten des Elementes und der Oberfläche des optischen Elementes bis zu 1:500 betragen.
Die Temperaturaufnahmevorrichtung, die beispielsweise als Wärmebildkamera ausgebildet sein kann, kann die Oberflächentemperatur des optischen Elementes dadurch mit einer hohen Genauigkeit bestimmen.
Weiterhin kann die Minimierung der parasitären Wärmestrahlung des Elementes durch einen Emissionsgrad des Elementes von kleiner als 0,95, bevorzugt von kleiner als 0,4, besonders bevorzugt von kleiner als 0,05 bewirkt werden. Dies kann zu einer weiteren Reduzierung der von dem Element emittierten Wärmestrahlung führen, was das Verhältnis zwischen der spektralen Strahlungsdichte des Elementes und der Oberfläche der optisch aktiven Fläche noch weiter verkleinert.
Daneben kann die Minimierung der parasitären Wärmestrahlung des Elementes durch Filtern der von der durch die Temperaturerfassungseinrichtung erfassten Wärmestrahlung bewirkt werden. Es können beispielsweise die dominierenden senkrecht polarisierten Anteile der an der Oberfläche des optischen Elementes reflektierten und dabei polarisierten parasitären Wärmestrahlung herausgefiltert werden.
In einer Variante der Erfindung kann die Oberfläche mit einer ersten Heizvorrichtung mit einer konstanten Heizleistung beaufschlagt werden. Die durch die konstante Heizleistung verursachte Temperaturverteilung auf der bestrahlten Oberfläche ist auf Grund von unterschiedlich ausgebildeten Wärmeströmen im beispielsweise als Spiegel ausgebildeten optischen Element nicht konstant. Beispielsweise kann die Oberfläche am Rand des Spiegels kühler sein, da sich durch die mit der Umgebung in Kontakt stehenden Seitenflächen des Spiegels ein größerer Wärmestrom ausbildet. Es wird daher mehr Wärme von der Oberfläche weggeführt, was zu einer niedrigeren Temperatur an der Oberfläche im Bereich des Randes führen kann.
Daneben kann die Oberfläche mit einer zweiten Heizvorrichtung mit einer variablen Heizleistung beaufschlagt werden. Die variable Heizleistung kann erfindungsgemäß die beschriebenen Temperaturunterschiede auf der Oberfläche des Spiegels durch gezieltes Heizen in Bereichen mit niedrigerer Temperatur ausgleichen. Dabei muss nicht die ganze Oberfläche des Spiegels getempert werden. Es kann auch nur ein Teil der Fläche getempert werden, wobei dazu die Anordnung entsprechend angepasst werden muss.
Insbesondere kann die Heizleistung der ersten Heizvorrichtung und/oder der zweiten Heizvorrichtung auf Basis der erfassten Oberflächentemperatur durch eine Steuerung geregelt werden. Dadurch kann die Oberfläche mit einer konstanten Temperatur mit einer Genauigkeit von +/- 1K temperiert werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann mindestens eine der Heizvorrichtungen die Heizleistung unter Verwendung einer gerichteten Strahlung bereitstellen. Dies hat den Vorteil, dass die Streuung der Strahlung in der Anlage auf ein Minimum reduziert werden kann und die Strahlfalle einen Großteil der reflektierten Heizstrahlung absorbieren kann.
Weiterhin kann der nicht von den Heizvorrichtungen bestrahlte Bereich des optischen Elementes gekühlt werden. Dies hat den Vorteil, dass temperatursensible Bauteile, wie die Anbindungen für Manipulatoren zur Positionierung und Ausrichtung des optischen Elementes oder Funktionsflächen nicht der gleichen Temperatur wie an der Oberfläche des optischen Elementes ausgesetzt werden. Die Anlage kann dazu in zwei Bereiche unterteilt sein, wobei ein erster Bereich die Heizvorrichtungen, Strahlfallen und die Vorrichtung zur Erfassung der Oberflächentemperatur umfassen kann. Die Schnittstelle zum zweiten Bereich kann am Rand der bestrahlten Oberfläche verlaufen und derart ausgebildet sein, dass im zweiten Bereich andere Umgebungsbedingungen eingestellt werden können als im ersten Bereich.
Insbesondere kann die Kühlung durch eine erzwungene Konvektion bewirkt werden und beispielsweise durch eine Gaskühlung des zweiten Bereiches realisiert sein.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele und Varianten der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

1 ein prinzipieller Aufbau einer Anlage, in der die Erfindung verwirklicht werden kann,
2 eine Detailansicht einer Vorrichtung zur Messung der Temperatur auf einer Spiegeloberfläche,
3 ein Diagramm, in dem Strahlungsdichten über Wellenlängen dargestellt sind, und
4 ein Diagramm, in dem das Verhältnis zweier Strahlungsdichten über die Wellenlänge dargestellt ist.

1 zeigt eine Anlage 1 zur Dekompaktierung von optischen Elementen für die Halbleiterlithographie, insbesondere von einem Spiegel 14, der in einem Gehäuse 2 der Anlage 1 angeordnet ist. Das Gehäuse 2 ist durch eine Trennwand 3 in zwei Bereiche unterteilt. Dabei ist der Spiegel 14 derart in der Trennwand 3 angeordnet, dass der Teil 16 der Oberfläche 15 des Spiegels 14, auf dem die optisch aktive Fläche ausgebildet ist und der im Folgenden als bestrahlte Fläche 16 bezeichnet wird, im oberen Bereich des Gehäuses 2, welcher als Bestrahlungsvorrichtung 4 ausgebildet ist, angeordnet ist. Es sind grundsätzlich auch Anwendungsfälle denkbar, in welchen auf die Trennwand 3 verzichtet werden kann. Die weiteren Bauteile des Spiegels 14, wie beispielsweise der Grundkörper 17 mit einer Anbindung an die Mechanik 18 und einer Funktionsfläche 19, sind in dem zweiten Bereich, welcher als Kühlvorrichtung 13 ausgebildet ist, angeordnet. Die Kühlvorrichtung 13 wird durch eine durch die Pfeile 27 angedeutete erzwungene Konvektion gekühlt. Die Bestrahlungsvorrichtung 4 umfasst eine als LED Array ausgebildete Konstantlichtquelle 5, welche den optisch aktiven Bereich und dessen Umgebung, die dekompaktiert werden sollen, mit einer konstanten Heizleistung durch gerichtetes Heizlicht 7 bestrahlt. Durch Absorption wird die Vorderseite 15 des Spiegels 14 erwärmt, wobei auf Grund von unterschiedlichen Wärmeströmen im Spiegel 14 die Temperatur auf der bestrahlten Fläche 16 trotz der konstant eingebrachten Heizleistung nicht konstant ist. Zur Kompensation der Temperaturunterschiede über die bestrahlte Fläche 16 werden bestimmte Bereiche der bestrahlten Fläche 16 zusätzlich mit einer als scannendem Laser ausgebildeten variablen Lichtquelle 6 variabel mit gerichtetem Heizlicht 8 bestrahlt. Die beiden Lichtquellen 5, 6 können alternativ auch als Lampe oder irgendeine andere Lichtquelle mit gerichteter Strahlung ausgebildet sein. Das von dem Spiegel 14 reflektierte, konstante 9 und variable Sekundarlicht 10, also das Licht, welches nicht vom Spiegel absorbiert wird, wird in Strahlfallen 11, 12 aufgefangen, die ebenfalls in der Bestrahlungsvorrichtung 4 angeordnet sind. Dadurch wird eine Erwärmung des Gehäuses 2 weitestgehend vermieden, was eine Vereinfachung der Temperaturmessung der bestrahlten Fläche 16 bewirkt. Durch das konstante 7 und variable 8 Heizlicht kann die Temperatur der bestrahlten Fläche 16 konstant über die gesamte Fläche eingestellt werden. Dazu wird die Oberflächentemperatur der bestrahlten Fläche 16 mit einer Vorrichtung 20 bestimmt. Diese umfasst eine als Infrarotkamera 21 ausgebildete Temperaturaufnahmevorrichtung, ein als Hintergrundelement 22 ausgebildetes Element und eine Steuerung 24. Die Steuerung 24 ist mit der Vorrichtung 20 zur Bestimmung der Oberflächentemperatur, der Bestrahlungsvorrichtung 4 und der Kühlvorrichtung 13 verbunden. Das Hintergrundelement 22 ist derart in der Bestrahlungsvorrichtung 4 angeordnet, dass die Wärmestrahlung 25 des Hintergrundelementes 22 über eine Reflexion an der bestrahlten Fläche 16 von der Infrarotkamera 21 erfasst wird. Mit anderen Worten sieht die Infrarotkamera 21 nur die von der bestrahlten Fläche 16 emittierte Wärmestrahlung (nicht dargestellt) und die von dem Hintergrundelement 22 emittierte und von dem der bestrahlten Fläche 16 reflektierte Wärmestrahlung 25. Dadurch, dass das Hintergrundelement 22 beispielsweise auf eine Temperatur von -20°Celsius temperiert wird, ist das Verhältnis von der von der Oberfläche des Spiegels 14 emittierten Wärmestrahlung, welche für die Bestimmung der Temperatur der bestrahlten Fläche 16 relevant ist und der von dem Hintergrundelement 22 emittierten Wärmestrahlung 25 so groß, dass die Bestimmung der Oberflächentemperatur der bestrahlten Fläche in ausreichender Genauigkeit von unter ± 0,5°K und im Optimalen von unter 0,1K möglich ist. Dieses Verhältnis kann durch die Einstellung der Emissionsgrade des Hintergrundelementes 22 und der bestrahlten Fläche 16 für den von der Infrarotkamera 21 erfassten Wellenlängenbereich noch vergrößert werden. Dabei wird der Emissionsgrad für das Hintergrundelement 22 verringert und der von der bestrahlten Fläche 16 vergrößert, was nachfolgend anhand der 2, 3 und 4 beschrieben wird.
2 zeigt eine Vorrichtung 4 zur Bestimmung der Oberflächentemperatur der bestrahlten Fläche 16. Die von dem Hintergrundelement 22 emittierte Wärmestrahlung 25 ist zunächst nicht polarisiert. Durch die Reflektion an der bestrahlten Fläche 16 des Spiegels 14 wird diese für Winkel größer 0° vorrangig senkrecht polarisiert. Die an der Infrarotkamera 21 ankommende, am Spiegel reflektierte Wärmestrahlung 25, die von dem Hintergrundelement 22 emittiert wird, ist also vorrangig senkrecht zur Einfallsebene der Strahlung auf dem Spiegel 14 orientiert. Dies ist immer dann der Fall, wenn die Reflektion der Wärmestrahlung 25 mit einem Reflektionswinkel nahe des Brewsterwinkels erfolgt. Der vor der Infrarotkamera 21 angeordnete Filter 23 blockiert die senkrechte Polarisationsrichtung, so dass nur die parallele Polarisationsrichtung, also die parallel zur Einfallsebene orientierten Anteile der Wärmestrahlung 25 auf die Infrarotkamera 21 treffen. Dadurch wird das Verhältnis von Wärmestrahlung 25 des Hintergrundelementes 22 und der Wärmestrahlung 26 des Spiegels 14 zusätzlich zu den Temperaturunterschieden der Oberflächen von Spiegel 14 und Hintergrundelement 22 weiter verkleinert und dadurch die Bestimmung der Temperatur der bestrahlten Fläche 16 zusätzlich vereinfacht.
3 zeigt ein Diagramm, in dem die spektrale Strahlungsdichte (W/(m²mSr)), im Folgenden nur als Strahlungsdichte bezeichnet, über die Wellenlänge (m) logarithmisch aufgetragen ist. Die Wellenlänge ist auf der Abszisse und die Strahlungsintensitäten auf der Ordinate aufgetragen. Der auf der Abszisse mit den Punkten A und B begrenzte Bereich stellt den Wellenlängenbereich dar, in dem die Infrarotkamera Wärmestrahlung erfasst, der prinzipiell im Bereich von 1µm bis 15µm liegen kann, in diesem Beispiel aber zwischen 2µm und 5µm liegt. Die Kurve I zeigt die Strahlungsintensität des auf -20° Celsius temperierten und in 1und 2 dargestellten Hintergrundelementes 22. Die Kurven II und III zeigen die Strahlungsintensität der auf 100° Celsius temperierten und in 1 und 2 dargestellten bestrahlten Fläche 16. Dabei stellt die Kurve II die Strahlungsintensität für einen Emissionsgrad von 0,4 und die Kurve III die Strahlungsintensität für einen Emissionsgrad von 1,0, also für einen schwarzen Körper, dar.
4 zeigt ein Diagramm, in dem das Verhältnis der in 3 dargestellten Kurven I und II ebenfalls logarithmisch aufgetragen ist. Die Wellenlänge ist wiederum auf der Abszisse und das Verhältnis der Strahlungsintensitäten auf der Ordinate aufgetragen. Im Bereich der durch die Infrarotkamera erfassten Wellenlängen ist das Verhältnis zwischen 12 und 1500. Selbst wenn der Emissionsgrad für die bestrahlte Fläche 16 bei Werten von 0,05, wie sie bei nicht optimierten Beschichtungen üblich sind, liegen, ist das Verhältnis der Strahlungsdichten von bestrahlter Fläche 16 und Hintergrundelement 22 noch bei mehr als 450, was ausreichend für eine Bestimmung der Oberflächentemperatur der bestrahlten Fläche mit einer Genauigkeit von +/- 1 ° K ist.
Bezugszeichenliste

1: Anlage
2: Gehäuse
3: Trennwand
4: Bestrahlvorrichtung
5: Konstantlichtquelle
6: variable Lichtquelle
7: Heizlicht konstant
8: Heizlicht variabel
9: reflektiertes Sekundärlicht konstant
10: reflektiertes Sekundärlicht variabel
11: Strahlfalle Konstantlicht
12: Strahlfalle variables Licht
13: Kühlvorrichtung
14: Spiegel
15: Oberfläche
16: bestrahlte Fläche
17: Grundkörper
18: Anbindung Mechanik
19: Funktionsfläche
20: Vorrichtung
21: Infrarot-Kamera
22: Hintergrundelement
23: Filter
24: Steuerung
25: Wärmestrahlung Hintergrundelement
26: Wärmestrahlung bestrahlte Fläche
27: erzwungene Konvektion
I: Strahlungsdichte Hintergrundelement
II: Strahlungsdichte Spiegel Epsilon = 0,4
III: Strahlungsdichte Spiegel Epsilon = 1
IV: Verhältnis Strahlungsdichte Spiegel zu Hintergrundelement
A: untere Grenze Wellenlängenbereich IR-Kamera
B: obere Grenze Wellenlängenbereich IR-Kamera

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 6844272 B2 [0003]
US 6849859 B2 [0003]
DE 10239859 A1 [0003]
US 6821682 B1 [0003]
US 20040061868 A1 [0003]
US 20030006214 A1 [0003]
US 200300081722 A1 [0003]
US 6898011 B2 [0003]
US 7083290 B2 [0003]
US 7189655 B2 [0003]
US 20030058986 A1 [0003]
DE 102007051291 A1 [0003]
EP 1521155 A2 [0003]
US 4298247 [0003]
DE 102011084117 A1 [0005]
WO 2011/020655 A1 [0005]

Claims

Vorrichtung (20) zur Erfassung einer Temperatur auf einer Oberfläche (15) eines optischen Elementes (14) für die Halbleiterlithographie mit - einem optischen Element (14) mit einer mit elektromagnetischer Strahlung (7,8,43) bestrahlten Fläche (16), - einer Temperaturaufnahmevorrichtung (21) und - einem Element (22), wobei das Element (22) dazu eingerichtet ist, temperiert zu werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (22) derart angeordnet ist, dass die von der Temperaturaufnahmevorrichtung (21) erfasste und durch Reflektion an der Oberfläche (15) des optischen Elementes (14) reflektierte Wärmestrahlung (25.2) von dem Element (22) emittiert wird.
Vorrichtung (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Temperaturaufnahmevorrichtung (21) ein Filter (23) angeordnet ist.
Vorrichtung (20) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der (23) Filter als ein Polarisationsfilter ausgebildet ist.
Vorrichtung (20) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Polarisationsfilter (23) dazu eingerichtet ist, um seine eigene Achse rotiert zu werden.
Vorrichtung (20) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (15) des optischen Elementes (14) eine Beschichtung mit einem Emissionsgrad für den von der Temperaturaufnahmevorrichtung (21) erfassten Wellenlängenbereich von größer als 0,05, bevorzugt größer 0,4 und besonders bevorzugt von größer als 0,95 umfasst.
Vorrichtung (20) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (15) des Elementes (22) derart ausgebildet ist, dass der Emissionsgrad für den von der Temperaturaufnahmevorrichtung (21) erfassten Wellenlängenbereich kleiner als 0,4, bevorzugt kleiner als 0,2 und besonders bevorzugt kleiner 0,05 ist.
Vorrichtung (20) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Strahlung (7,8,43) eine Heizstrahlung (7,8) zur Erwärmung der Oberfläche (15) des optischen Elementes (14) umfasst.
Anlage (1) zur Herstellung einer Oberfläche (15) eines optischen Elementes (14) für die Halbleiterlithographie mit - einem optischen Element (14) mit einer durch elektromagnetische Strahlung (7,8,43) bestrahlten Fläche (16), - einer ersten Heizvorrichtung (5), - einer zweiten Heizvorrichtung (6), und einer Vorrichtung (20) nach einem der vorangehenden Ansprüche.
Anlage (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Heizvorrichtung (5,6) eine Lichtquelle umfasst.
Anlage (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle dazu eingerichtet ist, eine gerichtete elektromagnetische Strahlung (7,8) bereitzustellen.
Anlage (1) nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle einen Laser oder eine Lampe oder eine Leuchtdiode umfasst.
Anlage (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage (1) mindestens eine Strahlfalle (11,12) umfasst.
Anlage (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlfalle (11,12) so angeordnet sind, dass die an dem optischen Element (14) reflektierte elektromagnetische Strahlung (7,8) absorbiert wird.
Anlage (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberfläche einer Umhausung (2) der Anlage so ausgebildet ist, dass der Emissionsgrad für den von der Temperaturaufnahmevorrichtung erfassten Wellenlängenbereich kleiner als 0,4, bevorzugt kleiner als 0,2 und besonders bevorzugt kleiner 0,05 ist.
Anlage (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Umhausung (2) beschichtet ist.
Verfahren zur Herstellung einer Oberfläche (15) eines optischen Elementes (14) einer Projektionsbelichtungsanlage (30), wobei die Oberfläche (15) getempert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächentemperatur beim Tempern erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächentemperatur über die Erfassung der von der Oberfläche (15) emittierten Wärmestrahlung (26) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die durch Reflektion an der Oberfläche (15) des optischen Elementes (14) reflektierte von der Temperaturerfassungsvorrichtung (21) erfasste parasitäre Wärmestrahlung (25.2) eines Elementes (22) minimiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Minimierung der parasitären Wärmestrahlung (25.2) des Elementes (22) durch Temperieren des Elementes (22) bewirkt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Minimierung der parasitären Wärmestrahlung (25.2) des Elementes (22) durch einen Emissionsgrad des Elementes (22) von kleiner als 0,95, bevorzugt von kleiner als 0,4, besonders bevorzugt von kleiner als 0,05 bewirkt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Minimierung der parasitären Wärmestrahlung (25.2) des Elementes (22) durch Filtern der von der Temperaturerfassungseinrichtung (21) erfassten Wärmestrahlung (25.2,26) bewirkt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (15) mit einer ersten Heizvorrichtung (5) mit einer konstanten Heizleistung beaufschlagt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (15) mit einer zweiten Heizvorrichtung (6) mit einer variablen Heizleistung beaufschlagt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizleistung der ersten Heizvorrichtung (5) und/oder der zweiten Heizvorrichtung (6) auf Basis der erfassten Oberflächentemperatur durch eine Steuerung (24) geregelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Heizvorrichtungen (5,6) die Heizleistung unter Verwendung einer gerichteten Strahlung bereitstellt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass der nicht von den Heizvorrichtungen (5,6) bestrahlte Bereich (17,18,19) des optischen Elementes gekühlt wird.
Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlung durch eine erzwungene Konvektion (27) bewirkt wird.