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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Spiegel für ein optisches System, insbesondere für eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage.
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Stand der Technik
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Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise oder LCD's, angewendet. Der Mikrolithographieprozess wird in einer sogenannten Projektionsbelichtungsanlage durchgeführt, welche eine Beleuchtungseinrichtung und ein Projektionsobjektiv aufweist. Das Bild einer mittels der Beleuchtungseinrichtung beleuchteten Maske (= Retikel) wird hierbei mittels des Projektionsobjektivs auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes und in der Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnetes Substrat (z.B. ein Siliziumwafer) projiziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen.
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In für den EUV-Bereich ausgelegten Projektionsobjektiven, d.h. bei Wellenlängen von z.B. etwa 13 nm oder etwa 7 nm, werden mangels Verfügbarkeit geeigneter lichtdurchlässiger refraktiver Materialien Spiegel als optische Komponenten für den Abbildungsprozess verwendet.
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Ein in der Praxis auftretendes Problem ist, dass die EUV-Spiegel u.a. infolge Absorption der von der EUV-Lichtquelle emittierten Strahlung eine Erwärmung und eine damit einhergehende thermische Ausdehnung bzw. Deformation erfahren, welche wiederum eine Beeinträchtigung der Abbildungseigenschaften des optischen Systems zur Folge haben kann.
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Zur Vermeidung von durch Wärmeeinträge in einen EUV-Spiegel verursachten Oberflächendeformationen und damit einhergehenden optischen Aberrationen sind diverse Ansätze bekannt. Unter anderem ist es bekannt, als Spiegelsubstratmaterial ein Material mit ultraniedriger thermischer Expansion („Ultra-Low-Expansion-Material“), z.B. ein unter der Bezeichnung U-LE™ von der Firma Corning Inc. vertriebenes Titanium-Silicatglas, zu verwenden und in einem der optischen Wirkfläche nahen Bereich die sogenannte Nulldurchgangstemperatur (= „Zero-Crossing-Temperatur“) einzustellen. Bei dieser Zero-Crossing-Temperatur, welche z.B. für ULE™ bei etwa &= 30°C liegt, weist der thermische Ausdehnungskoeffizient in seiner Temperaturabhängigkeit einen Nulldurchgang auf, in dessen Umgebung keine oder nur eine vernachlässigbare thermische Ausdehnung des Spiegelsubstratmaterials erfolgt.
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Weitere Ansätze zur Vermeidung von durch Wärmeeinträge in einen EUV-Spiegel verursachten Oberflächendeformationen beinhalten ein aktives direktes Kühlen. Hierbei stellt jedoch mit zunehmender Leistung der Lichtquelle die Sicherstellung einer hinreichend effizienten Wärmeableitung bei zugleich zu gewährleistender hoher Präzision hinsichtlich der optischen Wirkung des Spiegels eine anspruchsvolle Herausforderung dar.
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So resultieren etwa beim Einsatz eines von einem Kühlfluid durchströmbaren Kühlkanals innerhalb des Spiegelsubstrats Schwierigkeiten daraus, dass einerseits für eine effiziente Wärmeableitung grundsätzlich geringe Abstände zwischen Kühlkanal und optischer Wirkfläche wünschenswert sind, andererseits jedoch unvermeidliche Druckschwankungen im den Kühlkanal durchströmenden Kühlfluid zu mechanischen Spannungen im Spiegelsubstratmaterial und hierdurch generierten Deformationen der optischen Wirkfläche führen können.
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Des Weiteren stellt die Bereitstellung solcher Kühlkanäle je nach konkreter Ausführung des Spiegels bzw. der Geometrie von dessen optischer Wirkfläche auch in fertigungstechnischer Hinsicht eine anspruchsvolle Herausforderung dar. Dies gilt insbesondere, wenn die optische Wirkfläche des Spiegels eine Freiformfläche bildet, da dann die zur Herstellung einer Bondverbindung zwischen den jeweiligen den wenigstens ein Kühlkanal einschließenden Spiegelsubstratteilen erforderlichen, exakt komplementären Grenzflächen mittels gängiger Fertigungsverfahren (insbesondere CCP= „Computer Controlled Polishing“) nicht oder nur schwierig bereitgestellt werden können.
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4 zeigt eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung der vorstehend genannten Probleme. Dabei weist ein Spiegel eine optische Wirkfläche 411 in Form einer Freiformfläche auf. Ein das (nicht dargestellte) Reflexionsschichtsystem des Spiegels (im Falle eines EUV-Spiegels z.B. ein Schichtstapel aus alternierend angeordneten Molybdän (Mo)- und Silizium (Si)-Schichten) sowie etwaige weitere Funktionsschichten tragendes Spiegelsubstrat 410 ist zur Bereitstellung eines (im Schnitt dargestellten und z.B. mäanderförmig im Spiegelsubstrat 410 verlaufenden) Kühlkanals 420 aus separaten Spiegelsubstratteilen 410a, 410b zusammengesetzt. Dabei ist gemäß 4 der Kühlkanal 420 in die Grenzfläche des ersten Spiegelsubstratteils 410a (typischerweise durch Schleifen) eingearbeitet. Ein den Kühlkanal 420 durchströmendes Kühlfluid (z.B. Wasser) ist mit „425“ bezeichnet. Die Fixierung des zweiten Spiegelsubstratteils 410b am ersten Spiegelsubstratteil 410a erfolgt i.d.R. durch Bonden.
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Sofern die erforderliche Passgenauigkeit der Spiegelsubstratteile 410a, 410b (typischerweise im µm-Bereich) nicht erreicht wird, können infolge unzureichender Bondverbindung insbesondere Undichtigkeiten im Bereich des Kühlkanals 420 auftreten, was wiederum ein Austreten von Kühlfluid 425 aus der (i.d.R. in Vakuum befindlichen) Baugruppe führen kann. Eine Verringerung der Dicke des der optischen Wirkfläche 411 zugewandten zweiten Spiegelsubstratteils 410b mit dem Ziel, die Bondverbindung über eine höhere mechanische Flexibilität zu verbessern, führt wiederum zur verstärkten Übertragung von innerhalb des Kühlfluids auftretenden Druckschwankungen auf die optische Wirkfläche 411.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Spiegel für ein optisches System, insbesondere für eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage bereitzustellen, welcher eine wirksame Vermeidung von thermisch induzierten Deformationen unter zumindest Abmilderung der vorstehend beschriebenen Probleme ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst.
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Ein Spiegel für ein optisches System, insbesondere für eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage, weist auf:
- - eine optische Wirkfläche,
- - ein Spiegelsubstrat, und
- - wenigstens einen von einem Kühlfluid durchströmbaren Kühlkanal,
- - wobei im Betrieb des optischen Systems durch auf die optische Wirkfläche auftreffende elektromagnetische Strahlung generierte Wärme im Spiegelsubstrat bis zu dem Kühlkanal geleitet und über das diesen durchströmende Kühlfluid aufgenommen wird, und
- - wobei im Spiegelsubstrat wenigstens eine Wärmebrücke vorgesehen ist, welche eine Wärmeleitungsstrecke von der optischen Wirkfläche bis zu dem wenigstens einen Kühlkanal teilweise überbrückt.
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Der Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, in einem wenigstens einen von Kühlfluid durchströmbaren Kühlkanal aufweisenden Spiegel die Wärmeleitungsstrecke von der optischen Wirkfläche bis zum Kühlkanal über wenigstens eine Wärmebrücke teilweise zu überbrücken. Diese Ausgestaltung hat insbesondere zur Folge, dass eine effiziente Wärmeabfuhr von durch auf die optische Wirkfläche auftreffende elektromagnetische Strahlung generierter Wärme über den von Kühlfluid durchströmten Kühlkanal auch dann noch sichergestellt werden kann, wenn sich besagter Kühlkanal in (im Vergleich zum herkömmlichen Aufbau von 4) größerem Abstand von der optischen Wirkfläche befindet. Dies hat wiederum in vorteilhafter Weise zum einen zur Folge, das unvermeidliche Druckschwankungen in dem den Kühlkanal durchströmenden Kühlfluid sich nicht mehr auf die optische Wirkfläche übertragen und mit einer solchen Übertragung einhergehende Deformationen vermieden werden können.
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Des Weiteren hat das erfindungsgemäße Konzept - wie im Weiteren noch detaillierter beschrieben - in vorteilhafter Weise zur Folge, dass bei geeigneter Ausgestaltung der Wärmebrücke die Realisierung des besagten Kühlkanals auch z.B. in einem Spiegel mit einer optischen Wirkfläche in Gestalt einer Freiformfläche ohne die eingangs beschriebenen fertigungstechnischen Probleme erfolgen kann, da die betreffende Grenzfläche des den Kühlkanal aufweisenden Spiegelsubstratteils selbst eine im Wesentlichen plane Geometrie besitzen darf (also im Unterschied zur herkömmlichen Ausgestaltung von 4 nicht der optischen Wirkfläche folgen muss).
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Gemäß einer Ausführungsform weist die wenigstens eine Wärmebrücke ein in wenigstens einem Hohlraum innerhalb des Spiegelsubstrats befindliches Fluid auf. Dabei geht die Erfindung von der Überlegung aus, dass die im den wenigstens einen Kühlkanal durchströmenden Kühlfluid auftretenden hochfrequenten Druckschwankungen sich nicht auf das in besagtem Hohlraum zur Bereitstellung der Wärmebrücke befindliche Fluid übertragen mit der Folge, dass die Wärmebrücke bzw. der diese Wärmebrücke bildende Hohlraum selbst vergleichsweise nah an die optische Wirkfläche herangeführt werden kann.
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Im Ergebnis wird erfindungsgemäß somit zum einen eine besonders effiziente Wärmeabfuhr innerhalb des Spiegels erzielt, wobei zum anderen (aufgrund des ermöglichten größeren Abstands des von Kühlfluid durchströmten Kühlkanals von der optischen Wirkfläche) fertigungstechnische Probleme und dadurch bedingte Undichtigkeiten des Kühlkanals vermieden werden. Des Weiteren kann insgesamt auch eine erhöhte Steifigkeit des Spiegels (infolge der möglichen „dickeren“ Ausgestaltung des zwischen Kühlkanal und optischer Wirkfläche verbleibenden Spiegelsubstratabschnitts) erreicht werden, so dass auch insoweit unerwünschte Deformationen minimiert werden können.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der Hohlraum mit dem wenigstens einen Kühlkanal zur Bereitstellung eines Druckausgleichs fluidleitend verbunden.
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Gemäß einer Ausführungsform weist die fluidleitende Verbindung wenigstens eine Druckausgleichsbohrung auf.
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Gemäß einer Ausführungsform weist das Spiegelsubstrat ein erstes Spiegelsubstratteil und ein zweites Spiegelsubstratteil auf, wobei das erste Spiegelsubstratteil auf der der optischen Wirkfläche abgewandten Seite des zweiten Spiegelsubstratteils angeordnet ist.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der wenigstens eine Kühlkanal in eine Grenzfläche des ersten Spiegelsubstratteils oder des zweiten Spiegelsubstratteils eingearbeitet.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die wenigstens eine Wärmebrücke in dem zweiten Spiegelsubstratteil vorgesehen.
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Gemäß einer Ausführungsform ist zwischen dem ersten Spiegelsubstratteil und dem zweiten Spiegelsubstratteil eine plane Zwischenscheibe angeordnet. Dabei sind in fertigungstechnischer Hinsicht zwar zwei Bondverbindungen (zwischen jedem der Spiegelsubstratteile und der Zwischenscheibe) erforderlich, welche jedoch jeweils entlang einer planen Kontaktfläche (auch bei nicht-planer optischer Wirkfläche des Spiegels) und somit in einem zuverlässig kontrollierbaren Bondprozess und ohne die eingangs erwähnten Dichtigkeitsprobleme durchgeführt werden können.
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Gemäß einer Ausführungsform besitzt die wenigstens eine Wärmebrücke einen konstanten Abstand von der optischen Wirkfläche.
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Gemäß einer Ausführungsform besitzt die wenigstens eine Wärmebrücke einen Abstand von der optischen Wirkfläche von weniger als 10mm, insbesondere weniger als 5mm. Hierbei macht sich die Erfindung den Umstand zunutze, dass innerhalb der Wärmebrücke (bzw. dem innerhalb des entsprechenden, z.B. kanalförmigen Fluids) keine Druckschwankungen auftreten, denen durch einen größeren Abstand von der optischen Wirkfläche Rechnung getragen werden müsste.
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Gemäß einer Ausführungsform beträgt ein minimaler Abstand des wenigstens einen Kühlkanals von der optischen Wirkfläche wenigstens 20mm, insbesondere wenigstens 30mm. Hierbei macht sich die Erfindung den Umstand zunutze, dass - trotz typischerweise relativ schlechter Wärmeleitung im Spiegelsubstratmaterial - aufgrund der Sicherstellung einer effizienten Wärmeleitung über die Wärmebrücke der von Kühlfluid durchströmte Kühlkanal vergleichsweise weit von der optischen Wirkfläche entfernt verlaufen kann.
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Gemäß einer Ausführungsform besitzt die optische Wirkfläche eine nicht-plane Geometrie. Die optische Wirkfläche kann insbesondere eine Freiformfläche bilden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der Spiegel für eine Arbeitswellenlänge von weniger als 30nm, insbesondere weniger als 15nm, ausgelegt.
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Die Erfindung betrifft weiter auch ein optisches System, insbesondere einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, mit einem erfindungsgemäßen Spiegel.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Figurenliste
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des möglichen Aufbaus eines Spiegels gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 2a-2d schematische Darstellungen zur Erläuterung des möglichen Aufbaus eines Spiegels gemäß einer weiteren Ausführungsform;
- 3a-3b schematische Darstellungen zur Erläuterung des möglichen Aufbaus eines Spiegels gemäß einer weiteren Ausführungsform;
- 4 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines bei einem herkömmlichen Spiegel auftretenden Problems; und
- 5 eine schematische Darstellung des möglichen Aufbaus einer für den Betrieb im EUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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5 zeigt zunächst eine schematische Darstellung einer für den Betrieb im EUV ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage 100, in der die Erfindung beispielsweise realisierbar ist.
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Gemäß 5 weist eine Beleuchtungseinrichtung der Projektionsbelichtungsanlage 500 einen Feldfacettenspiegel 503 und einen Pupillenfacettenspiegel 504 auf. Auf den Feldfacettenspiegel 503 wird das Licht einer Lichtquelleneinheit, welche im Beispiel eine EUV-Lichtquelle (Plasmalichtquelle) 501 und einen Kollektorspiegel 502 umfasst, gelenkt. Im Lichtweg nach dem Pupillenfacettenspiegel 504 sind ein erster Teleskopspiegel 505 und ein zweiter Teleskopspiegel 506 angeordnet. Im Lichtweg nachfolgend ist ein Umlenkspiegel 507 angeordnet, der die auf ihn treffende Strahlung auf ein Objektfeld in der Objektebene eines sechs Spiegel 521-526 umfassenden Projektionsobjektivs lenkt. Am Ort des Objektfeldes ist eine reflektive strukturtragende Maske 531 auf einem Maskentisch 530 angeordnet, die mit Hilfe des Projektionsobjektivs in eine Bildebene abgebildet wird, in welcher sich ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes Substrat 541 auf einem Wafertisch 540 befindet.
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Im Betrieb des optischen Systems bzw. der mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage wird die auf die optische Wirkfläche der Spiegel auftreffende elektromagnetische Strahlung zum Teil absorbiert und führt wie eingangs erläutert zu einer Erwärmung und einer damit einhergehenden thermischen Deformation, welche wiederum eine Beeinträchtigung der Abbildungseigenschaften des optischen Systems zur Folge haben kann. Die erfindungsgemäße Heizanordnung bzw. das Verfahren zum Heizen eines optischen Elements kann z.B. auf den Feldfacettenspiegel 503 und/oder den Pupillenfacettenspiegel 504 der mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage von 5 angewendet werden.
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Die Erfindung ist nicht auf die Anwendung in einer für den Betrieb im EUV ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage beschränkt. Insbesondere kann die Erfindung auch in einer für den Betrieb im DUV (d.h. bei Wellenlängen kleiner als 250nm, insbesondere kleiner als 200nm) ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage oder auch in einem anderen optischen System vorteilhaft angewendet werden.
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Im Weiteren werden unterschiedliche Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Spiegels unter Bezugnahme auf die schematischen Darstellungen in 1, 2a-2d sowie 3a-3b beschrieben. Diesen Ausführungsformen ist gemeinsam, dass in einem wenigstens einen von Kühlfluid durchströmten Kühlkanal aufweisenden Spiegel eine Wärmebrücke vorgesehen wird, welche eine Wärmeleitungstrecke von der optischen Wirkfläche bis zu dem wenigstens einen Kühlkanal teilweise überbrückt.
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Gemäß 1 weist ein Spiegel 100 ein Spiegelsubstrat 110 sowie eine optische Wirkfläche 111 auf. Das Spiegelsubstrat 110 trägt in für sich bekannter Weise ein Reflexionsschichtsystem (z.B. einen Schichtstapel aus einer Mehrzahl alternierend angeordneter Molybdän- und Silizium-Schichten) sowie etwaige weitere Funktionsschichten, auf deren Darstellung in 1 der Einfachheit halber verzichtet wurde.
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Die optische Wirkfläche 111 besitzt (ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt wäre) die Gestalt einer Freiformfläche. In weiteren Ausführungsformen kann der Spiegel auch eine optische Wirkfläche anderweitiger Geometrie (insbesondere eine sphärische oder auch eine plane optische Wirkfläche) aufweisen.
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Das Spiegelsubstrat 110 ist gemäß 1 aus einem ersten Spiegelsubstratteil 110a und einem zweiten Spiegelsubstratteil 110b zusammengesetzt. Ein Kühlkanal 120 ist in die Grenzfläche des ersten (auf der der optischen Wirkfläche 111 abgewandten Seite des zweiten Spiegelsubstratteils 110b angeordneten) Spiegelsubstratteils 110a eingearbeitet und wird im Betrieb des Spiegels 100 bzw. des diesen Spiegel 100 aufweisenden optischen Systems von einem Kühlfluid 125 (z.B. Wasser) durchströmt. Der Kühlkanal 120 verläuft im Ausführungsbeispiel (jedoch ohne das die Erfindung hierauf beschränkt wäre) mäanderförmig innerhalb des ersten Spiegelsubstratteils 110a.
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In weiteren möglichen Ausführungsformen können auch mehrere, unabhängig voneinander von Kühlfluid durchströmbare Kühlkanäle vorgesehen sein.
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Die vorstehend bereits erwähnte Wärmebrücke zur teilweisen Überbrückung der von der optischen Wirkfläche 111 zum Kühlkanal 120 führenden Wärmeleitungsstrecke ist gemäß 1 ebenfalls kanalförmig ausgestaltet und weist hierzu einen Hohlraum 130 mit darin befindlichem Fluid 135 auf. Dieser kanalförmige Hohlraum 130 verläuft im Ausführungsbeispiel ebenfalls mäanderförmig und steht mit dem Kühlkanal 120 über eine Druckausgleichsbohrung 140, welche in einer die Spiegelsubstratteile 110a, 110b voneinander separierenden planen Zwischenscheibe 150 vorgesehen ist, in fluidleitender Verbindung.
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Wie ebenfalls aus 1 ersichtlich ist, weist die durch den kanalförmig ausgestalten Hohlraum 130 gebildete Wärmebrücke einen konstanten Abstand von der optischen Wirkfläche 111 auf, da die Tiefe des betreffenden, das Fluid 135 aufnehmenden Kanals in lateraler Richtung variiert bzw. der Geometrie der optischen Wirkfläche 111 folgt. Hingegen wird hinsichtlich des Kühlkanals 120 bzw. der entsprechenden Grenzfläche des ersten Spiegelsubstratteils 110a - ungeachtet der Freiformfläche der optischen Wirkfläche 111 - eine plane Oberfläche realisiert mit der Folge, dass in fertigungstechnischer Hinsicht Bondverbindungen der Spiegelsubstratteile 110a, 110b mit der planen Zwischenscheibe 150 ohne die eingangs unter Bezugnahme auf 4 beschriebenen Probleme durchgeführt werden kann.
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2a-2d zeigen schematische Darstellungen zur Erläuterung einer weiteren möglichen Ausführungsform eines Spiegels 200, wobei im Vergleich zu 1 analoge bzw. im Wesentlichen funktionsgleiche Komponenten mit um „100“ erhöhten Bezugsziffern bezeichnet sind.
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Die Ausführungsform von 2a-2d unterscheidet sich von derjenigen aus 1 insbesondere dadurch, dass Kühlkanal 220 und kanalförmiger Hohlraum 230 in ein- und demselben Spiegelsubstratteil 210b realisiert sind, wobei eine Wärmeübertragung zwischen Kühlkanal 220 und kanalförmigem Hohlraum 230 über die verbleibende seitliche Wandung (d.h. den entsprechenden, dazwischen verbleibenden Spiegelsubstratabschnitt) erfolgt.
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3a-3b zeigen schematische Darstellungen zur Erläuterung einer weiteren Ausführungsform, wobei im Vergleich zu 1 analoge bzw. im Wesentlichen funktionsgleiche Komponenten mit um „200“ erhöhten Bezugsziffern bezeichnet sind. Die Ausführungsform von 3a-3b unterscheidet sich von derjenigen aus 1 insbesondere dadurch, dass eine „überkreuzende“ Anordnung von Kühlkanal 320 einerseits und kanalförmigem Hohlraum 330 anderseits realisiert ist.
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Die Erfindung ist hinsichtlich der Wärmebrücke nicht auf deren Ausgestaltung als kanalförmiger Hohlraum beschränkt. So kann in weiteren Ausführungsformen eine Wärmebrücke auch dadurch realisiert werden, dass eine Mehrzahl von Bohrungen in dem der optischen Wirkfläche zugewandten (zweiten) Spiegelsubstratteil vorgesehen ist, wobei in diesen Bohrungen wiederum ein Fluid (z.B. Wasser) zur Wärmeleitung vorhanden ist.
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Wenn die Erfindung auch anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben wurde, erschließen sich für den Fachmann zahlreiche Variationen und alternative Ausführungsformen, z.B. durch Kombination und/oder Austausch von Merkmalen einzelner Ausführungsformen. Dementsprechend versteht es sich für den Fachmann, dass derartige Variationen und alternative Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung mit umfasst sind, und die Reichweite der Erfindung nur im Sinne der beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalente beschränkt ist.
