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Hintergrund der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtungen zum Temperieren von Elementen in mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlagen. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Temperieren von Elementen in mikrolithographischen Proj ektionsbelichtungsanlagen.
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Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise oder LCDs, 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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Die Begriffe mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage, Projektionsbelichtungsanlage, (EUV- bzw. DUV-)System und Lithographiescanner werden im Folgenden synonym verwendet.
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In für den DUV-Bereich ausgelegten Projektionsobjektiven, d.h. bei Wellenlängen von z.B. 193 nm bzw. 248 nm, werden vorzugsweise Linsen als optische Elemente für den Abbildungsprozess verwendet. Um eine höhere Auflösung von Lithograpieoptiken zu erreichen, werden seit einigen Jahren für den EUV-Bereich ausgelegten Projektionsobjektiven verwendet, die bei Wellenlängen von z.B. etwa 13,5 nm oder 7 nm betrieben werden.
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In solchen für den EUV-Bereich ausgelegten Projektionsobjektiven, werden mangels Verfügbarkeit geeigneter lichtdurchlässiger refraktiver Materialien Spiegel als optische Elemente für den Abbildungsprozess verwendet. Diese Spiegel arbeiten entweder im nahezu senkrechten Einfall oder in streifendem Einfall. Spiegel sind aufgrund ihrer reflektierenden Wirkung auf Lichtstrahlen gegenüber Linsen wesentlich positionssensitiver. So übersetzt sich ein Spiegelkipp mit Faktor 2 in eine Strahlrichtungsänderung, während bei einer Linse typischerweise eine erhebliche Kompensation der Änderung im brechenden Strahlrichtungseinfluß zwischen Vorder- und Rückseite auftritt.
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Ein wesentlicher Einfluß auf die Spiegelform stammt von der thermischen Ausdehung des Spiegelmaterials. Deshalb werden für EUV-Spiegel Materialien mit niedrigen thermischen Ausdehungskoeffizienten wie Zerodur oder ULE (ultra low expansion) eingesetzt. Solche Materialien reagieren wesentlich schwächer als Gläser oder Quarzglas auf Temperaturänderungen. Dennoch können im Rahmen des verfügbaren Aberrationsbudgets erhebliche Fehlerbeiträge auftreten. Diese Fehlerbeiträge setzen sich aus Effekten einer inhomogenen Temperaturverteilung sowie Inhomogenitäten der so genannten Nulldurchgangstemperatur (zero crossing temperatur: ZCT) im Volumen des Materials zusammen, etwa aufgrund variierender Stöchiometrie zwischen SiO2 und TiO2 im ULE Material. Sowohl lokale als auch globale Temperaturänderungen gegenüber einer vorgesehenen Betriebstemperatur der mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage können Aberrationen hervorrufen, die nur zum Teil durch Manipulatoren korrigiert werden können.
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Der Betriebszustand definiert sich häufig durch eine angenommene Maximalleistung des EUV-Systems bei der Betriebswellenlänge, also zum Beispiel bei einer Wellenlänge von 13,5 nm. Wird diese Maximalleistung nicht erreicht, etwa weil ein im Mittel weniger stark reflektierendes Retikel eingesetzt wird, so können zum Beispiel gemäß des Standes der Technik Infrarotheizer „auffüllend“ heizen und dafür sorgen, dass die Spiegel nahe der gemittelten Nulldurchgangstemperatur betrieben werden, wo sie aufgrund der quadratischen Deformationsabhängigkeit vom Temperaturunterschied zu dieser Temperatur besonders unempfindlich sind.
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Um die Wärme aus dem Projektionsobjektiv zu transportieren und ganz allgemein um die Elemente des Projektionsobjektivs geeignet zu temperieren, werden Temperierfluide, in der Regel Wasser, verwendet, die das System zumindest bereichsweise durchströmen. So zeigt 1 ein EUV-Projektionsobjektiv 640 gemäß des Standes der Technik. Der Tragrahmen 381, der die EUV-Spiegel 691, 692, 693, 694 trägt, übernimmt durch seine Wasserkühlung die gesamte Temperierung des EUV-Projektionsobjektivs. Es gibt nur eine einzige Temperierfluidleitung 602, die den ganzen Tragrahmen 381 durchzieht. Die vier EUV-Spiegel 691, 692, 693 und 694 sind über aktive mechanische Lagerungen 695 mit dem Tragrahmen 381 verbunden. Der Messrahmen 371 dient als Referenz für die Positionsmessung 625 der EUV-Spiegel 691, 692, 693 und 694. Es sind exemplarisch Wärmeströme Q1 in Richtung des Messrahmens 371 und Q2 in Richtung des Spiegels 692 dargestellt. Das EUV-Licht 502 von der Struktur tragenden Maske 120 (nicht in 1 dargestellt) wird von den vier EUV-Spiegeln 691, 692, 693 und 694 reflektiert und als EUV-Licht 504 zum Wafer 124 (nicht in 1 dargestellt) geleitet. Die Temperierfluidleitung 602 leitet das Temperierfluid durch den Tragrahmen 381. Gespeist wird die Temperierfluidleitung 602 von einem Temperierfluidvorratsbehälter 615 für den Tragrahmen 381. Nach dem Tragrahmen-Temperierung-Einlass 607 ist ein Temperierelement 702 angeordnet. Ein Temperatursensor 802 ist im Traggrahmen 381 angeordnet. Der Temperatursensor 802 ist gekoppelt an das Temperierelement 702. Die Kopplung und Regelung ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht in der 1 dargestellt (siehe hierzu 2). Nach dem Durchströmen der Temperierfluidleitung 602 gelangt das Temperierfluid über einen Tragrahmen-Temperierung-Auslass 614 in den Fluidvorratsbehälter 615. Wenn das Temperierelement 702 der Einfachheit halber so ausgelegt ist, dass es nur heizen kann, muss ein sogenanntes Rückkühlwerk oder synonym eine Rückkühleinheit in die Anordnung integriert werden. Ohne dieses Rückkühlwerk würde sich das Temperierfluid stetig aufheizen. Ein Rückkühlwerk ist eine Vorrichtung, die mittels eines Wärmetauschers überschüssige Wärme aus einem System abführt. Der Übersichtlichkeit halber ist dieses Rückkühlwerk nicht in der 1 dargestellt.
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Die Temperierung des Tragrahmens 381 übernimmt dabei die im Folgenden beschriebenen Aufgaben.
- - Zunächst die thermale Stabilisierung der Tragrahmen-Struktur für die stabile Positionierung der Spiegel. Starrkörperbewegungen können durch Aktuatoren kompensiert werden. Die durch die Aktuatoren auf die Spiegel übertragenen Kräfte erzeugen allerdings Wellenfrontfehler durch Spiegeldeformationen. Zudem kann die zusätzlich in den Aktuator-Einheiten dissipierte Leistung zu einer thermalen Drift der optischen Abbildung führen.
- - Thermale Stabilisierung der Spiegelumgebung. Die Erwärmung der Spiegelumgebung kann zu Wellenfrontfehlern führen. Der Grund hierfür sind Spiegeldeformationen aufgrund von Abweichungen der Spiegeltemperatur von der Auslegungstemperatur (Zero Crossing Temperatur=Nulldurchgangstemperatur) und Abweichungen von der Herstellungs- und Messtemperatur.
- - Abschirmung des Messrahmens (=Referenz für die Spiegelpositionierung) gegenüber Wärmelasten, wie Spiegelvorheizen, Abwärme der Aktuatoren, Encoder und Sensoren, um so eine Deformation der Messreferenz zu vermeiden.
- - Thermale Regelung des Messrahmens, um den Messrahmen aus einem nicht thermal kontrollierten Zustand in den stabil thermalisierten Betriebszustand zu bringen. Dies ist z.B. bei einer System-Recovery notwendig.
- - Thermale Regelung des Messrahmens während des Betriebs, um den Messrahmen in den Toleranzgrenzen hinsichtlich der absoluten Temperatur und der Temperaturdrift (zeitliche Ableitung der Messrahmentemperatur) zu halten.
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Diese fünf vorgenannten Anforderungen an die Temperierung des Tragrahmens können bisher nur durch eine Kompromisslösung in der Thermal-Architektur hinsichtlich Struktur (Tragrahmen, Messrahmen)- und Spiegel-Heizen erreicht werden.
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5 zeigt ein DUV-Projektionsobjektiv gemäß des Standes der Technik. Der Flächentemperierer 450 wird von der Temperierfluidleitung 452 durchzogen. Der Temperierfluidleitungseinlass 454 und der Temperierfluidleitungsauslass 456 stellen die Verbindung zum DUV-Temperierfluidvorratsbehälter 460 her. Ein Temperatursensor 806 ist gekoppelt an das Temperierelement 706. Die Kopplung und Regelung ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht in der 6 dargestellt. Der Flächentemperierer 450 umschließt zumindest bereichsweise das DUV-Projektionsobjektiv 404. Mit Q5 sind exemplarisch die Wärmeströme von Verbrauchern und mit Q6 die Wärmeströme vom Projektionsobjektiv 404 dargestellt. Mit 408 ist das DUV-Licht am Eingang zum DUV-Projektionsobjektiv 404 beziffert. Mit 458 ist das DUV-Licht zum Wafer 424 (nicht in der 5 dargestellt) beziffert.
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Der Flächentemperierer 450 wird nur von einer einzigen Temperierfluidleitung 452 durchzogen. Verschiedene Bereich des Flächentemperierers 450 auf unterschiedliche Temperaturniveaus zu bringen und zu halten ist damit nicht möglich. Auch hier handelt es sich um eine Kompromisslösung.
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Angesichts der oben beschriebenen Probleme stellt sich die Aufgabe, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, die die oben genannten Probleme lösen, insbesondere die die thermale Stabilisierung von Lithographiesystemen zu verbessern.
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Erfindungsgemäß wird die vorgenannte Aufgabe durch eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage, insbesondere für den DUV-Bereich oder für den EUV-Bereich, gelöst. Die Projektionsbelichtungsanlage weist eine Beleuchtungseinrichtung und ein Projektionsobjektiv mit mindestens einem Element auf, das zu seiner Temperierung zumindest bereichsweise von mindestens einer zum Leiten eines Temperierfluids vorgesehenen Temperierfluidleitung durchzogen ist, wobei die Temperierfluidleitung mit mindestens einem Temperierfluidvorratsbehälter verbunden ist und wobei mindestens ein Temperierelement zum Temperieren des Temperierfluids an oder in der Temperierfluidleitung vorgesehen ist. Dabei sind entweder mindestens zwei verschiedene Bereiche des mindestens einen Elements unabhängig voneinander mit jeweils mindestens einer separaten der Temperierfluidleitungen oder mindestens zwei der Elemente mit der Temperierfluidleitung oder mindestens zwei der Elemente unabhängig voneinander mit jeweils mindestens einer separaten der Temperierfluidleitungen durchzogen. Die oben genannten drei Optionen sind besonders vorteilhaft, da sie es erlauben verschiedene Elemente oder verschiedene Bereiche eines Elements unterschiedlich zu temperieren.
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In einer Ausführungsform sind die mindestens zwei separaten Temperierkreisläufe parallel zueinander geschaltet. Dies ist vorteilhaft, da dies eine unabhängige Temperierung verschiedener Elemente oder verschiedener Bereiche eines Elements erlaubt. Damit können verschiedene Bereiche eines Elements, zum Beispiel des Tragrahmens, auf verschiedenen Temperaturen gehalten werden. Man bekommt somit die Möglichkeit einzelne Bereiche mit unterschiedlichen Vorlauftemperaturen zu versorgen. Das generelle Ziel ist es, Wärmeströme die an einer Seite eines Elements in das Temperierfluid übergehen nicht im ganzen System zu verteilen.
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In einer Ausführungsform werden zwei der Temperierkreisläufe von einem gemeinsamen Temperierfluidvorratsbehälter gespeist. Dies ist vorteilhaft, da der Bauraumbedarf reduziert ist.
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In einer Ausführungsform werden zwei der Temperierkreisläufe von separaten Temperierfluidvorratsbehältern gespeist. Dies ist vorteilhaft, da dies eine besonders exakte Einstellung der Temperatur des Temperierfluids in der jeweiligen Temperierfluidleitung erlaubt.
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Vorzugsweise wird das Temperierfluid in den Temperierfluidvorratsbehältern unterhalb der Zieltemperatur für das zu temperierende Element gehalten. Damit kann erreicht werden, dass als Temperierelement ein reiner Heizer ausreichend ist. Es ist kein Kühlen des Temperierfluids notwendig. Die Heizer sind entweder am Auslass der Temperierfluidvorratsbehälter und/oder am Einlass des zu temperierenden Elements angeordnet. Wenn das Temperierelement 702 nur heizen kann, muss ein sogenanntes Rückkühlwerk oder synonym eine Rückkühleinheit in die Anordnung integriert werden. Ohne dieses Rückkühlwerk würde sich das Temperierfluid stetig aufheizen.
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Die Temperierelemente können außerhalb des Vakuums, also weit von dem zu temperierenden Element entfernt, an der Temperierfluidleitung angeordnet sein. Dies ist vorteilhaft, da die Heizer nicht den Innenraum des Projektionsobjektives stören. Wenn jedoch das hochgenaue Einhalten der Temperatur des Elementes notwendig ist, muss der Heizer so nahe wie möglich am Element plaziert werden. So werden auch Transportstörungen verringert.
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Für große Elemente, wie zum Beispiel den Tragrahmen muss die räumliche Temperaturverteilung gemessen werden, d.h. es müssen mindestens zwei Temperatursensoren pro Element verbaut und ausgewertet werden.
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In einer Ausführungsform werden mindestens zwei der Elemente in Reihe geschaltet und von ein und derselben Temperierfluidleitung durchzogen. Dies ist besonders vorteilhaft, da es eine besonders einfache und platzsparende Lösung darstellt.
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In einer Ausführungsform ist in jedem Element mindestens ein Temperatursensor zum Messen der Temperatur am oder im Element vorgesehen. Man möchte mit den Temperatursensoren an den zu temperierenden Elementen messen. Die Temperatursensoren werden abhängig von der Regelaufgabe möglichst an Stellen angebracht, wo die zu regelnde Größe möglichst representativ gemessen wird. So wird zum Beispiel die mittlere Temperatur, der räumliche Temperaturgradient oder der zeitliche Temperaturgradient bestimmt. Man kann auch die Ein- und Auslasstemperatur messen und somit den abgegebenen oder aufgenommenen Wärmestrom messen. Die Temperatursensoren dürfen im Element nicht zu nahe an der Temperierfluidleitung platziert werden, um einen Messwert zu bekommen, der für den thermalen Zustand des Elements representativ ist.
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In einer Ausführungsform ist mindestens ein Regler zum Regeln der Temperierelemente, insbesondere auf Basis der vom Temperatursensor am oder im Element gemessenen Temperatur vorgesehen.
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Die Elemente können jedoch auch ohne Regelung temperiert werden. Dabei wird die Temperatur des jeweiligen Elements durch den geringen thermalen Widerstand (große Kühlerflächen und/oder hohe Wärmeübergangskoeffizienten des Kontakts zwischen Temperierfluid und Element) und einen möglichst hohen Wärmekapazitätsstrom (hoher Wasserfluß und/oder hohe Wärmekapazität des Fluids) nahe an die Wassertemperatur und somit nahe der Referenzteperatur gebracht. Durch die räumliche Verteilung der Kühlleitungen werden zudem Temperaturgradienten innerhalb der Elemente reduziert. Hochfrequente Störungen mit Frequenzen oberhalb der Regelbandbreite des thermalen Regelkreises der Elementkühlung und die damit verbundenen Elementdeformationen können somit zum Großteil unterdrückt werden.
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In einer Ausführungsform ist das Element
- - als mindestens ein Messrahmen,
- - als mindestens ein Tragrahmen,
- - als mindestens ein Spiegeltragrahmen,
- - als mindestens ein Spiegel und/oder
- - als mindestens ein Flächentemperierer,
ausgebildet.
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In einer Ausführungsform ist zwischen mindestens zwei der Elemente, insbesondere zwischen dem Tragrahmen und dem Messrahmen, mindestens ein, insbesondere aktiv temperierbarer und/oder insbesondere passiv temperierbarer, Flächentemperierer angeordnet. Dies ist besonders vorteilhaft, da durch die Flächentemperierer thermale Störungen besonders effizient unterdrückt werden können. Durch die Abschirmung des Messrahmens können so hochfrequente Störungen mit Zeitkonstanten kleiner als eine Stunde unterdrückt werden. Aktive Flächenkühler werden von einem Temperierfluid durchströmt. Das Temperierfluid trägt die Wärmeleistung aus dem System. Der aktive Flächenkühler dient als Wärmesenke. Passiv temperierbare Flächenkühler verzögern und schwächen thermale Auswirkungen durch Wärmelasten auf den Messrahmen ab. Allerdings bilden sie nur einen Widerstand, der die Wärmeströme in eine andere Richtung leitet. Passive Abschirmungen leiten also die Wärmeströme zu den aktiven Abschirmungen, die schließlich die Wärmeleistung aus dem System tragen. Passiv geregelt bedeutet eigentlich nicht geregelt, sondern mit konstanter Wassertemperatur versorgt. Der Temperatursetpoint der passiv geregelten Elemente kann sich aber durch die aktive Regelung anderer Elemente auch ändern. Aktiv geregelt bedeutet, dass mindestens ein Feed-back Regler die Eintrittstemperatur regelt.
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Flächentemperierer führen das Wasser in dünnen Spalten. Das Material ist in der Regel Stahl, Aluminium oder Keramik. Flächentemperierer weisen eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf.
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In einer Ausführungsform ist der Strahlengang eines EUV-Lichts und mindestens ein Spiegel durch mindestens einen, insbesondere aktiv temperierbaren, Flächentemperierer eingehaust.
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In einer Ausführungsform sind der Temperierfluidvorratsbehälter und das Temperierelement außerhalb des Projektionsobjektivs angeordnet. Dies ist vorteilhaft, da dadurch vermieden wird, zusätzliche Wärmelasten in das Projektionsobjektiv einzubringen.
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Erfindungsgemäß wird die vorgenannte Aufgabe auch durch ein Verfahren zur Temperierung mindestens eines Elements in einer für den EUV-Bereich oder für den DUV-Bereich vorgesehenen mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage gelöst. Das mindestens eine Element ist von mindestens einer zum Leiten eines Temperierfluids vorgesehenen Temperierfluidleitung durchzogen und wird zumindest mit den folgenden Schritten temperiert:
- -Definieren einer Soll-Temperatur des mindestens einen Elements,
- -Messen der Ist-Temperatur des mindestens einen Elements mittels mindestens eines Temperatursensors am oder im mindestens einen Element,
- - Vergleichen der Ist-Temperatur mit der Soll-Temperatur mittels eines Vergleichselementes,
- -Einlesen des Wertes der Abweichung der Ist-Temperatur von der Soll-Temperatur in einen Regler,
- -Regeln der Temperatur des Temperierfluids mittels mindestens eines an oder in der mindestens einen Temperierfluidleitung vorgesehenen Temperierelements, bis die Abweichung der Ist-Temperatur von der Soll-Temperatur des Elements unter einem vorgegebenen Grenzwert liegt.
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Das identische Verfahren kann auch für die unterschiedliche Temperierung von verschiedenen Bereichen eines einzigen Elements angewendet werden.
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Figurenliste
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Verschiedene Ausführungsbeispiele werden im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und zum besseren Verständnis übertrieben groß oder verkleinert dargestellt sein.
- 1 zeigt eine schematische Darstellung eines EUV-Projektionsobjektives aus dem Stand der Technik.
- 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Elements aus einem EUV-System, das erfindungsgemäß temperiert wird.
- 3 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen EUV-Projektionsobjektives mit einer Parallelschaltung.
- 4 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen EUV-Projektionsobjektives mit einer Reihenschaltung.
- 5 zeigt eine schematische Darstellung eines DUV-Projektionsobjektives aus dem Stand der Technik.
- 6 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen DUV-Proj ektionsobj ektives.
- 7 zeigt eine für den EUV-Bereich vorgesehene mikrolithographische Proj ektionsbelichtungsanlage.
- 8 zeigt eine für den DUV-Bereich vorgesehene mikrolithographische Proj ektionsbelichtungsanlage.
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Bester Weg zur Ausführung der Erfindung
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Elements 930 aus einem EUV-System das erfindungsgemäß temperiert wird. Es handelt sich um eine Parallelschaltung 900 zweier Temperierkreisläufe. Das Element 930 kann besipielsweise ein Messrahmen, ein Tragrahmen oder ein Spiegeltragrahmen sein. Die Temperierfluidleitung 919 durchzieht den unteren Bereich des Elements 930. Die Temperierfluidleitung 921 durchzieht den oberen Bereich des Elements 930. Der Temperatursensor 907 misst die Temperatur im unteren Bereich des Elements und leitet den gemessenen Temperaturwert an den Regler 902 weiter, der das Temperierelement 906 steuert, das an der Temperierfluidleitung 919 angeordnet ist. Die Temperierfluidleitung 919 wird aus dem Temperierfluidvorratsbehälter 920 gespeist und hat einen Temperierfluideinlass 904 und einen Temperierfluidauslass 908. Wenn das Temperierelement 906 der Einfachheit halber so ausgelegt ist, dass es nur heizen kann, muss ein sogenanntes Rückkühlwerk oder synonym eine Rückkühleinheit in die Anordnung integriert werden. Ohne dieses Rückkühlwerk würde sich das Temperierfluid stetig aufheizen. Der Übersichtlichkeit halber ist dieses Rückkühlwerk nicht in der 2 dargestellt.
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Der Temperatursensor 917 misst die Temperatur im oberen Bereich des Elements 930 und leitet den gemessenen Temperaturwert an den Regler 912 weiter, der das Temperierelement 916 steuert, das an der Temperierfluidleitung 921 angeordnet ist. Die Temperierfluidleitung 921 wird ebenfalls aus dem Temperierfluidvorratsbehälter 920 gespeist und hat einen Temperierfluideinlass 914 und einen Temperierfluidauslass 918. In einer nicht gezeigten Ausführungsform weist jeder der beiden Temperierkreisläufe einen eigenen Temperierfluidvorratsbehälter auf.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen EUV-Projektionsobjektives 340 mit einer Parallelschaltung. Um thermal induzierte Drifts und Wellenfrontfehler zu reduzieren werden erfindungsgemäß die fünf im Stand der Technik (siehe Erläuterungen zur 1) dargestellten Aufgaben durch mehrere verschiedene Temperier- und Abschirmsysteme gelöst. Nur exemplarisch sind die Wärmeströme Q3 in Richtung des Messrahmens 372 und Q4 in Richtung des Spiegels 392 dargestellt. Die Spiegel 391, 392, 393, 394 sind auf aktiven mechanischen Lagerungen 395 befestigt. Der Tragrahmen 382 wird von der Temperierfluidleitung 302 durchzogen. Ein Temperatursensor 804 misst die Temperatur im Tragrahmen 382. Ein Temperierelement 704 temperiert das Temperierfluid solange bis der SollWert der Temperatur des Tragrahmens 382 erreicht wird. Die hierfür nötige Regelung ist aus Gründen der Übersichtlichkeit in 3 nicht dargestellt. Zur Regelung wird auf die Darstellung in 2 verwiesen. Der Flächentemperierer 398 auch als „Cooler and thermal shield“ bezeichnet, wird von der Temperierfluidleitung 306 durchzogen. Der Flächentemperierer 398 schirmt den Messrahmen 372 thermisch ab. Der Spiegeltragrahmen 397 wird von der Temperierleitung 304 durchzogen. Der Messrahmen 372 wird von der Temperierfluidleitung 308, die von einem eigenen Fluidvorratsbehälter 516 gespeist wird, durchzogen. Der Spiegel 393 wird von einer eigenen Temperierfluidleitung 310 durchzogen, die von einem eigenen Fluidvorratsbehälter 519 gespeist wird. Jedes Element hat mindestens einen Temperatursensor 804. Allen vorgenannten Temperierfluidleitungen 302, 304, 306 ist ein gemeinsamer Fluidvorratsbehälter 515 zugeordnet. Das EUV-Licht 502 von der Struktur tragenden Maske 120 (nicht in 3 dargestellt) wird an den Spiegeln reflektiert und verläßt das Objektiv als EUV-Licht 504 in Richtung des Wafers 124 (nicht in 3 dargestellt). Zusammenfassend ist Folgendes festzuhalten:
- - Die thermale Stabilisierung des Tragrahmens 382 wird durch eine geregelte Wasserkühlung erreicht. Diese kann aus mehreren Kühlkreisläufen bestehen.
- - Die Temperierung der Spiegelumgebung wird durch eine Wasserkühlung der Spiegeltragrahmen 390, 396, 397, 399 erreicht.
- - Der Strahlengang und die optischen Flächen der Spiegel werden durch einen ein- oder mehrlagigen, aktiv gekühlten Flächenkühler 398 eingehaust, sodass Streulicht und Wärmeleitung aus dem Strahlengang auf den Messrahmen 372 unterdrückt wird. Dies ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht in der 3 dargestellt. Thermale Leistungen vom Tragrahmen 382 auf den Messrahmen 372 werden durch einen aktiven oder passiven Flächenkühler 398 abgeschirmt (Cooling shield CS).
- - Die Thermale Regelung des Messrahmens 372 geschieht über eine aktiv geregelte Wasserkühlung des Messrahmens 372.
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Design-Maßnahmen zur Unterdrückung einer thermalen Drift des Messrahmens 372 können in Ihrer Wirkung zeitlich wie folgt aufgeteilt werden:
- - Störungen mit Zeitkonstanten von mehr als einer Stunde können durch thermale Regelung des Messrahmens und/oder des Tragrahmens unterdrückt werden.
- - Störungen des Messrahmens mit Zeitkonstanten von weniger als einer Stunde können durch die Abschirmung des Messrahmens durch gekühlte oder passive Flächenkühler zwischen dem Tragrahmen und dem Messrahmen unterdrückt werden.
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Die Wasserkühlung des Messrahmens ist also sehr träge, hat also eine lange Zeitkonstante. D.h. die Störung ist langwellig ausregelbar. Hochfrequente Störungen unterdrückt der Inner Cooler; ohne den Inner Cooler würden thermische Leistungen auf den Messrahmen wirken.
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Zudem können innerhalb des EUV-Projektionsobjektives unterschiedliche Regelziele wie z.B. absolute Temperaturstabilität beim Spiegeltragrahmen und/oder Drift-Stabilität (Tragrahmen, Spiegel, Messrahmen) beim Flächenkühler mit weitgehend unabhängigen Regelkreisen verfolgt werden. Dies erlaubt eine Reduktion der thermal induzierten Driften und Wellenfrontfehlern.
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4 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen EUV-Projektionsobjektives mit einer Reihenschaltung. Ein einziger Temperierfluidvorratsbehälter 1020 speist die einzige Temperierfluidleitung 1007. Nach dem Temperierfluideinlass 1004 ist ein Temperierelement 1006 an der Temperierfluidleitung 1007 angeordnet. Es sind exemplarisch drei Elemente in Reihe geschaltet. Das Fluid strömt im vorliegenden Beispiel zuerst durch den Flächentemperierer 1010, auch Inner Cooler genannt. Danach strömt das Fluid durch den Tragrahmen 1012. Zuletzt durchströmt das Fluid den Spiegeltragrahmen 1014. Der Inner Cooler 1010 - wird zuerst temperiert, da er am nächsten zum thermal empfindlichsten Messrahmen angeordnet ist. Das Element mit der höchsten Wärmelast, der Spiegeltragrahmen 1014-wegen dem Spiegelvorheizen und der Abwärme der Aktuatoren- kommt ans Ende um ein Verschleppen der thermalen Leistungen im gesamten System über das Temperierfluid zu vermeiden. Dazwischen wird der Tragrahmen 1012 plaziert.
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6 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen DUV-Projektionsobjektives. Der Flächentemperierer 451 wird von zwei unabhängigen Temperierfluidleitungen 476, 486 durchzogen. Die obere Temperierfluidleitung 476 wird gespeist vom Temperierfluidvorratsbehälter 470. Die untere Temperierfluidleitung 486 wird gespeist vom Temperierfluidvorratsbehälter 480. Zwei Bereiche des Flächentemperierers 451 können so unabhängig von einander temperiert werden. Jeder der beiden Bereiche hat einen Temperatursensor 806 und ein Temperierelement 706. Die obere Temperierfluidleitung 476 hat einen Einlass 474 und einen Auslass 478. Die untere Temperierfluidleitung 486 hat einen Einlass 484 und einen Auslass 488. Die Regelung der Temperaturen der beiden Bereiche wird aus Gründen der Übersichtlichkeit in 6 nicht dargestellt.
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Die in 7 dargestellte EUV-Lithographieanlage 100 umfasst ein Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 102 und ein Projektionssystem 104. Das Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 102 und das Projektionssystem 104 sind jeweils in einem in 7 angedeuteten Vakuum-Gehäuse vorgesehen, wobei jedes Vakuum-Gehäuse mit Hilfe einer nicht dargestellten Evakuierungsvorrichtung evakuiert wird. Die Vakuum-Gehäuse sind von einem nicht dargestellten Maschinenraum umgeben, in welchem die Antriebsvorrichtungen zum mechanischen Verfahren bzw. Einstellen der optischen Elemente vorgesehen sind. Ferner können auch elektrische Steuerungen und dergleichen in diesem Maschinenraum vorgesehen sein.
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Die EUV-Lithographieanlage 100 weist eine EUV-Lichtquelle 106 auf. Als EUV-Lichtquelle 106 kann beispielsweise eine Plasmaquelle (oder ein Synchrotron) vorgesehen sein, welche Strahlung 108 im EUV-Bereich, z.B. im Wellenlängenbereich zwischen 5 nm und 20 nm, aussendet. Im Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 102 wird die EUV-Strahlung 108 gebündelt und die gewünschte Betriebswellenlänge aus der EUV-Strahlung 108 herausgefiltert. Die von der EUV-Lichtquelle 106 erzeugte EUV-Strahlung 108 weist eine relativ niedrige Transmissivität durch Luft auf, weshalb die Strahlführungsräume im Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 102 und im Projektionssystem 104 evakuiert sind.
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Das in 7 dargestellte Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 102 weist fünf Spiegel 110, 112, 114, 116, 118 auf. Nach dem Durchgang durch das Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 102 wird die EUV-Strahlung 108 auf die Photomaske (engl.: reticle) 120 geleitet. Die Photomaske 120 ist ebenfalls als reflektives optisches Element ausgebildet und kann außerhalb der Systeme 102, 104 angeordnet sein. Weiter kann die EUV-Strahlung 108 mittels eines Spiegels 122 auf die Photomaske 120 gelenkt werden. Die Photomaske 120 weist eine Struktur auf, welche mittels des Projektionssystems 104 verkleinert auf einen Wafer 124 oder dergleichen abgebildet wird.
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Das Projektionssystem 104 (auch als Projektionsobjektiv bezeichnet) weist sechs Spiegel M1-M6 zur Abbildung der Photomaske 120 auf den Wafer 124 auf. Es sollte beachtet werden, dass die Anzahl der Spiegel der EUV-Lithographieanlage 100 nicht auf die dargestellte Anzahl beschränkt ist. Es können auch mehr oder weniger Spiegel vorgesehen sein. Grob schematisch sind der Kraftrahmen 380, der im Wesentlichen die Spiegel des Projektionsobjektives trägt, und der Sensorrahmen 370, der im Wesentlichen als Referenz für die Position der Spiegel des Projektionsobjektives dient, dargestellt.Des Weiteren sind die Spiegel i.d.R. an ihrer Vorderseite zur Strahlformung gekrümmt.
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8 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage für den DUV-Bereich 400. Die DUV-Projektionsbelichtungsanlage 400 umfasst eine Strahlformungs- und Beleuchtungseinrichtung 402 und ein Projektionsobjektiv 404. Dabei steht DUV für „tiefes Ultraviolett“ (Engl.: deep ultraviolet, DUV) und bezeichnet eine Wellenlänge des Arbeitslichts zwischen 30 und 250 nm.
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Die DUV- Projektionsbelichtungsanlage 400 weist eine DUV-Lichtquelle 406 auf. Als DUV-Lichtquelle 406 kann beispielsweise ein ArF-Excimerlaser vorgesehen sein, welcher Strahlung 408 im DUV-Bereich bei beispielsweise 193 nm emittiert.
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Die in 8 dargestellte Strahlformungs- und Beleuchtungseinrichtung 402 leitet die DUV-Strahlung 408 auf eine Photomaske 420. Die Photomaske 420 ist als transmissives optisches Element ausgebildet und kann außerhalb der Strahlformungs- und Beleuchtungseinrichtung 402 und des Projektionsobjektivs 404 angeordnet sein. Die Photomaske 420 weist eine Struktur auf, welche mittels des Projektionsobjektives 404 verkleinert auf einen Wafer 424 oder dergleichen abgebildet wird.
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Das Projektionsobjektiv 404 weist mehrere Linsen 428, 440 und/oder Spiegel 430 zur Abbildung der Photomaske 420 auf den Wafer 424 auf. Dabei können einzelne Linsen 428,440 und/oder Spiegel 430 des Projektionsobjektivs 404 symmetrisch zur optischen Achse 426 des Projektionsobjektivs 404 angeordnet sein. Es sollte beachtet werden, dass die Anzahl der Linsen und Spiegel der DUV- Projektionsbelichtungsanlage 400 nicht auf die dargestellte Anzahl beschränkt ist. Es können auch mehr oder weniger Linsen und/oder Spiegel vorgesehen sein. Des Weiteren sind die Spiegel in der Regel an ihrer Vorderseite zur Strahlformung gekrümmt.
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Ein Luftspalt zwischen der letzten Linse 440 und dem Wafer 424 kann durch ein flüssiges Medium 432 ersetzt sein, welches einen Brechungsindex > 1 aufweist. Das flüssige Medium 432 kann beispielsweise hochreines Wasser sein. Ein solcher Aufbau wird auch als Immersionslithographie bezeichnet und weist eine erhöhte photolithographische Auflösung auf.
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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.
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Folgende Begriffe werden synonym verwendet:
- EUV-System wird synonym mit EUV-Projektionsbelichtungsanlage und mit Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage für den EUV-Bereich verwendet. DUV-System wird synonym mit DUV-Projektionsbelichtungsanlage und Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage für den DUV-Bereich verwendet. Wird das Wort Kühlen verwendet soll auch das Temperieren umfasst sein, also Kühlen und/oder Heizen. So werden Fluid, Temperierfluid und Kühlfluid synonym verwendet. Auch werden Flächenkühler und Flächentemperierer synonym verwendet. Photomaske und Retikel werden synonym verwendet. Wafer und mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes Substrat werden synonym verwendet. Sensorrahmen und Messrahmen werden synonym verwendet und SFr (Sensor Frame) abgekürzt. Kraftrahmen und Tragrahmen werden synonym verwendet und FFr (Force Frame) abgekürzt. Spiegeltragrahmen wird MSF (Mirror Support Frame) abgekürzt.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- (mikrolithographische) Projektionsbelichtungsanlage für den EUV-Bereich (=EUV-System)
- 102
- EUV-(Strahlformungs- und) Beleuchtungseinrichtung
- 104
- EUV-Projektionsobjektiv mit sechs Spiegeln (M1 bis M6)
- 106
- EUV-Lichtquelle
- 108
- EUV-Strahlung
- 110, 112, 114, 116, 118
- Spiegel der EUV-Beleuchtungseinrichtung 102
- 120
- Photomaske, Retikel (reflektierend)
- 122
- Spiegel
- 124
- Wafer (=mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes Substrat)
- 302, 304, 306, 308, 310
- Temperierfluidleitung
- 340
- EUV-Projektionsobjektiv mit vier Spiegeln (391, 392, 393, 394)
- 370, 371, 372
- Sensorrahmen=Messrahmen=Sensor Frame (SFr)
- 380, 381, 382
- Kraftrahmen = Tragrahmen=Force Frame (FFr)
- 390
- Spiegeltragrahmen (MSF)
- 395
- aktive mechanische Lagerung
- 396
- Spiegeltragrahmen (MSF)
- 397
- Spiegeltragrahmen (MSF)
- 398
- Flächentemperierer (CS:Cooler and thermal shield)
- 399
- Spiegeltragrahmen (MSF)
- 400
- (mikrolithographische) Projektionsbelichtungsanlage für den DUV-Bereich (=DUV-System)
- 402
- DUV-(Strahlformungs- und) Beleuchtungseinrichtung
- 404
- DUV-Projektionsobjektiv
- 406
- DUV-Lichtquelle
- 408
- DUV-Licht am Eingang zum DUV-Projektionsobjektiv 404
- 420
- Photomaske, Retikel (transmittierend)
- 424
- Wafer
- 426
- optische Achse des Projektionsobjektiv 404
- 428
- Linsen
- 430
- Spiegel
- 432
- flüssiges Medium
- 440
- letzte Linse
- 450
- Flächentemperierer DUV (SdT)
- 451
- Flächentemperierer DUV
- 452
- Temperierfluidleitung
- 454
- Temperierfluideinlass
- 456
- Temperierfluidauslass
- 458
- DUV-Licht zum Wafer
- 460
- Temperierfluidvorratsbehälter
- 470
- Temperierfluidvorratsbehälter
- 474
- Temperierfluideinlass
- 476
- Temperierfluidleitung
- 478
- Temperierfluidauslass
- 480
- Temperierfluidvorratsbehälter
- 484
- Temperierfluideinlass
- 486
- Temperierfluidleitung
- 488
- Temperierfluidauslass
- 502
- EUV-Licht von der Struktur tragenden Maske 321
- 504
- EUV-Licht in Richtung Wafer 124
- 507
- Tragrahmen-Temperierung-Einlass
- 508
- Flächen-Temperierung-Einlass
- 509
- Sensorrahmen-Temperierung-Einlass
- 510
- Sensorrahmen-Temperierung-Auslass
- 511
- Flächen-Temperierung-Auslass
- 512
- Spiegeltragrahmen-Temperierung-Einlass
- 513
- Spiegeltragrahmen-Temperierung-Auslass
- 514
- Tragrahmen-Temperierung-Auslass
- 515
- Fluidvorratsbehälter für FFr/MSF/CS
- 516
- Fluidvorratsbehälter für SFr
- 517
- Spiegel-Temperierung-Einlass
- 518
- Spiegel-Temperierung-Auslass
- 519
- Fluidvorratsbehälter für Spiegel
- 525
- Positionsmessung
- 602
- Temperierfluidleitung
- 607
- Tragrahmen-Temperierung-Einlass
- 614
- Tragrahmen-Temperierung-Auslass
- 615
- Fluidvorratsbehälter für Tragrahmen
- 625
- Positionsmessung
- 640
- EUV-Projektionsobjektiv mit vier Spiegeln (691, 692, 693, 694)
- 695
- aktive mechanische Lagerung
- Q1
- Wärmeströme in Richtung Messrahmen 371
- Q2
- Wärmetröme in Richtung Spiegel 692
- Q3
- Wärmeströme in Richtung Messrahmen 372
- Q4
- Wärmeströme in Richtung Spiegel 392
- Q5
- Wärmeströme von Verbrauchern (DUV)
- Q6
- Wärmeströme vom DUV- Projektionsobjektiv 404
- 702
- Temperierelement
- 704
- Temperierelement
- 706
- Temperierelement
- 802
- Temperatursensor (EUV SdT)
- 804
- Temperatursensor (EUV)
- 806
- Temperatursensor (DUV)
- 900
- Parallelschaltung
- 902
- Regler
- 904
- Temperierfluideinlass
- 906
- Temperierelement
- 907
- Temperatursensor
- 908
- Temperierfluidauslass
- 912
- Regler
- 914
- Temperierfluideinlass
- 916
- Temperierelement
- 917
- Temperatursensor
- 918
- Temperierfluidauslass
- 919
- Temperierfluidleitung
- 920
- Temperierfluidvorratsbehälter
- 921
- Temperierfluidleitung
- 930
- Element (SFr, FFr, MSF)
- 1000
- Reihenschaltung
- 1004
- Temperierfluideinlass
- 1006
- Temperierelement
- 1007
- Temperierfluidleitung
- 1008
- Temperierfluidauslass
- 1010
- Element 1, z.B. Flächentemperierer
- 1012
- Element 2, z.B. Tragrahmen
- 1014
- Element 3, z.B. Spiegeltragrahmen
- 1020
- Temperierfluidvorratsbehälter
