DE102020213416A1

DE102020213416A1 - Projektionsbelichtungsanlage mit einer Heizvorrichtung und einem Polarisator

Info

Publication number: DE102020213416A1
Application number: DE102020213416.2A
Authority: DE
Inventors: Jochen Hetzler; András G. Major
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2020-10-23
Filing date: 2020-10-23
Publication date: 2021-10-07
Also published as: WO2022084066A1; TW202232245A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Projektionsbelichtungsanlage (1) für die Halbleiterlithographie mit einer Heizvorrichtung (25) zum Beheizen optischer Elemente (29) der Projektionsbelichtungsanlage (1) mittels Heizstrahlung (31) und einem Polarisator (37) zur Aufspaltung der Heizstrahlung (31) in mindestens zwei unterschiedlich polarisierte Heizstrahlanteile (33,34). Dabei ist mindestens ein Polarisationsmodulator (39) zur Modifikation der Polarisation mindestens eines der unterschiedlich polarisierten Heizstrahlanteile (33,34) vorhanden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie mit einer Heizvorrichtung zum Beheizen optischer Elemente der Projektionsbelichtungsanlage mittels Heizstrahlung.
Projektionsbelichtungsanlagen für die Halbleiterlithographie zeigen im Hinblick auf ihre Abbildungsqualität ein stark temperaturabhängiges Verhalten. Sowohl nicht unmittelbar an der optischen Abbildung beteiligte Elemente, wie beispielsweise Fassungen und Halter oder Gehäuseteile als auch optische Elemente selbst, wie beispielsweise Linsen oder, im Fall der EUV-Lithographie, Spiegel, verändern bei Erwärmung oder Abkühlung ihre Ausdehnung beziehungsweise ihre Oberflächenform, was sich unmittelbar in der Qualität der mit dem System vorgenommenen Abbildung einer Lithographiemaske, wie zum Beispiel einer Phasenmaske, eines sogenannten Reticles, auf ein Halbleitersubstrat, einen sogenannten Wafer, niederschlägt.
Die Erwärmung der einzelnen Komponenten der Anlage im Betrieb rührt dabei von der Absorption eines Teiles derjenigen Strahlung her, welche zur Abbildung des Reticles auf den Wafer verwendet wird und welche im Folgenden als Nutzstrahlung bezeichnet wird. Insbesondere nach einer längeren Phase ohne Nutzstrahlung, beispielsweise wegen Wartungsarbeiten, aber auch auf Grund von einem Austausch des Retikels, ist der Einfluss der Erwärmung auf die Abbildungsqualität deutlich erkennbar, bis sich ein konstantes Temperaturprofil ausgebildet hat. Aus diesem Grund werden die optischen Elemente, also im Fall von einem EUV-System die Spiegel, durch zusätzliche Heizvorrichtung vor dem Einschalten der Nutzstrahlung und auch in Belichtungspausen, gezielt beheizt.
So offenbart die deutsche Patentanmeldung DE 102012216284 A1 der Anmelderin eine solche Heizvorrichtung. Eine von einem Laser bereitgestellte Heizstrahlung wird durch ein als diffraktives optisches Element ausgebildete Ablenkelement derart geformt und abgelenkt, dass eine Spiegeloberfläche mit einer gewünschten Intensitätsverteilung beaufschlagt wird. Durch Absorption der Heizstrahlung wird der Spiegel erwärmt und kann ein Temperaturprofil ausbilden, welches dem durch die Nutzstrahlung bewirkten Temperaturprofil nahezu entspricht. Die offenbarte Heizvorrichtung hat den Nachteil, dass ein großer Teil der nicht polarisierten Heizstrahlung vom Spiegel nicht absorbiert, sondern reflektiert wird, was einerseits die Effizienz der Heizvorrichtung reduziert und andererseits durch die reflektierte Strahlung andere Teile der Projektionsbelichtungsanlage erwärmt, wodurch die Abbildungsqualität ebenfalls eingeschränkt werden kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung bereitzustellen, welche die Nachteile des Standes der Technik beseitigt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen und Varianten der Erfindung.
Eine erfindungsgemäße Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie umfasst eine Heizvorrichtung zum Beheizen optischer Elemente der Projektionsbelichtungsanlage mittels Heizstrahlung und einen Polarisator zur Aufspaltung der Heizstrahlung in mindestens zwei unterschiedlich polarisierte Heizstrahlanteile. Erfindungsgemäß ist mindestens ein Polarisationsmodulator zur Modifikation der Polarisation mindestens eines der unterschiedlich polarisierten Heizstrahlanteile vorhanden.
Hierdurch kann bezogen auf das zu beheizende optische Element parallel polarisierte Heizstrahlung bereitgestellt werden, welche prinzipiell bei Wahl des geeigneten Einfallswinkels vollständig in das optische Element eintreten kann.
Insbesondere kann der Polarisationsmodulator dazu eingerichtet sein, die Polarisation mindestens eines Heizstrahlanteiles an die Polarisation mindestens eines anderen Heizstrahlanteiles anzugleichen.
Dadurch wird erreicht, dass ein großer Teil der seitens der Heizvorrichtung bereitgestellten Heizvorrichtung effektiv zur Beheizung eines optischen Elementes verwendet werden kann, da es auf diese Weise möglich wird, einen großen Anteil der erzeugten Heizstrahlung in einen Polarisationszustand zu bringen, der eine maximale Absorption in dem zu beheizenden optischen Element erlaubt. Weiterhin wird durch diese Maßnahme auch die Reflexion von Heizstrahlung an dem optischen Element verringert, so dass es nicht zu den bereits oben erwähnten störenden Einflüssen der Heizstrahlung kommt.
Bei dem Polarisator kann es sich beispielsweise um einen Polarisationsstrahlteilerwürfel handeln.
Weiterhin kann mindestens ein Umlenkelement zur Umlenkung eines den Polarisationsstrahlteilerwürfel verlassenden Heizstrahlanteiles vorhanden sein. Dabei können in einer vorteilhaften Variante der Erfindung das Umlenkelement und der Polarisationsstrahlteilerwürfel als gemeinsames Bauteil ausgebildet sein.
Bei dem Polarisationsmodulator kann es sich insbesondere um eine λ/2-Platte handeln.
Weiterhin kann mindestens ein Ablenkelement, beispielsweise ein diffraktives Element zur Formung mindestens eines Heizstrahlanteiles vorhanden sein.
Das Ablenkelement kann im Strahlengang vor oder nach dem Polarisationsmodulator angeordnet sein.
Eine besonders hohe Absorption der Heizstrahlung kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass die Heizstrahlanteile im Bereich des Brewsterwinkels auf eine Oberfläche eines zu beheizenden optischen Elementes treffen.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele und Varianten der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

1 schematisch im Meridionalschnitt eine Projektionsbelichtungsanlage für die EUV-Projektionslithografie,
2 eine aus dem Stand der Technik bekannte Heizvorrichtung,
3a,b ein erstes und zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung,
4 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
5 eine Ansicht zur Veranschaulichung der Verwendung der Erfindung.

Im Folgenden werden zunächst unter Bezugnahme auf die 1 exemplarisch die wesentlichen Bestandteile einer Projektionsbelichtungsanlage 1 für die Mikrolithographie beschrieben. Die Beschreibung des grundsätzlichen Aufbaus der Projektionsbelichtungsanlage 1 sowie deren Bestandteile sind hierbei nicht einschränkend verstanden.
Ein Beleuchtungssystem 2 der Projektionsbelichtungsanlage 1 hat neben einer Strahlungsquelle 3 eine Beleuchtungsoptik 4 zur Beleuchtung eines Objektfeldes 5 in einer Objektebene 6. Belichtet wird hierbei ein im Objektfeld 5 angeordnetes Retikel 7. Das Retikel 7 ist von einem Retikelhalter 8 gehalten. Der Retikelhalter 8 ist über einen Retikelverlagerungsantrieb 9 insbesondere in einer Scanrichtung verlagerbar.
In der 1 ist zur Erläuterung ein kartesisches xyz-Koordinatensystem eingezeichnet. Die x-Richtung verläuft senkrecht zur Zeichenebene hinein. Die y-Richtung verläuft horizontal und die z-Richtung verläuft vertikal. Die Scanrichtung verläuft in der 1 längs der y-Richtung. Die z-Richtung verläuft senkrecht zur Objektebene 6.
Die Projektionsbelichtungsanlage 1 umfasst eine Projektionsoptik 10. Die Projektionsoptik 10 dient zur Abbildung des Objektfeldes 5 in ein Bildfeld 11 in einer Bildebene 12. Die Bildebene 12 verläuft parallel zur Objektebene 6. Alternativ ist auch ein von 0° verschiedener Winkel zwischen der Objektebene 6 und der Bildebene 12 möglich.
Abgebildet wird eine Struktur auf dem Retikel 7 auf eine lichtempfindliche Schicht eines im Bereich des Bildfeldes 11 in der Bildebene 12 angeordneten Wafers 13. Der Wafer 13 wird von einem Waferhalter 14 gehalten. Der Waferhalter 14 ist über einen Waferverlagerungsantrieb 15 insbesondere längs der y-Richtung verlagerbar. Die Verlagerung einerseits des Retikels 7 über den Retikelverlagerungsantrieb 9 und andererseits des Wafers 13 über den Waferverlagerungsantrrieb 15 kann synchronisiert zueinander erfolgen.
Bei der Strahlungsquelle 3 handelt es sich um eine EUV-Strahlungsquelle. Die Strahlungsquelle 3 emittiert insbesondere EUV-Strahlung 16, welche im Folgenden auch als Nutzstrahlung oder Beleuchtungsstrahlung bezeichnet wird. Die Nutzstrahlung hat insbesondere eine Wellenlänge im Bereich zwischen 5 nm und 30 nm. Bei der Strahlungsquelle 3 kann es sich um eine Plasmaquelle handeln, zum Beispiel um eine LPP (Laser Produced Plasma, mithilfe eines Lasers erzeugtes Plasma)-Quelle oder um eine DPP (Gas Discharged Produced Plasma, mittels Gasentladung erzeugtes Plasma)-Quelle. Es kann sich auch um eine synchrotronbasierte Strahlungsquelle handeln. Bei der Strahlungsquelle 3 kann es sich um einen Freie-Elektronen-Laser (Free-Electron-Laser, FEL) handeln.
Die Beleuchtungsstrahlung 16, die von der Strahlungsquelle 3 ausgeht, wird von einem Kollektor 17 gebündelt. Bei dem Kollektor 17 kann es sich um einen Kol-lektor mit einer oder mit mehreren ellipsoidalen und/oder hyperboloiden Reflexionsflächen handeln. Die mindestens eine Reflexionsfläche des Kollektors 17 kann im streifenden Einfall (Grazing Incidence, GI), also mit Einfallswinkeln größer als 45°, oder im normalen Einfall (Normal Incidence, NI), also mit Einfallwinkeln kleiner als 45°, mit der Beleuchtungsstrahlung 16 beaufschlagt werden. Der Kollektor 17 kann einerseits zur Optimierung seiner Reflektivität für die Nutzstrahlung und andererseits zur Unterdrückung von Falschlicht strukturiert und/oder beschichtet sein.
Nach dem Kollektor 17 propagiert die Beleuchtungsstrahlung 16 durch einen Zwischenfokus in einer Zwischenfokusebene 18. Die Zwischenfokusebene 18 kann eine Trennung zwischen einem Strahlungsquellenmodul, aufweisend die Strahlungsquelle 3 und den Kollektor 17, und der Beleuchtungsoptik 4 darstellen.
Die Beleuchtungsoptik 4 umfasst einen Umlenkspiegel 19 und diesem im Strahlengang nachgeordnet einen ersten Facettenspiegel 20. Bei dem Umlenkspiegel 19 kann es sich um einen planen Umlenkspiegel oder alternativ um einen Spiegel mit einer über die reine Umlenkungswirkung hinaus bündelbeeinflussenden Wirkung handeln. Alternativ oder zusätzlich kann der Spiegel 19 als Spektralfilter ausgeführt sein, der eine Nutzlichtwellenlänge der Beleuchtungsstrahlung 16 von Falschlicht einer hiervon abweichenden Wellenlänge trennt. Sofern der erste Facettenspiegel 20 in einer Ebene der Beleuchtungsoptik 4 angeordnet ist, die zur Objektebene 6 als Feldebene optisch konjugiert ist, wird dieser auch als Feldfacettenspiegel bezeichnet. Der erste Facettenspiegel 20 umfasst eine Vielzahl von einzelnen ersten Facetten 21, welche im Folgenden auch als Feldfacetten bezeichnet werden. Von diesen Facetten 21 sind in der 1 nur beispielhaft einige dargestellt.
Die ersten Facetten 21 können als makroskopische Facetten ausgeführt sein, insbesondere als rechteckige Facetten oder als Facetten mit bogenförmiger oder teilkreisförmiger Randkontur. Die ersten Facetten 21 können als plane Facetten oder alternativ als konvex oder konkav gekrümmte Facetten ausgeführt sein.
Wie beispielsweise aus der DE 10 2008 009 600 A1 bekannt ist, können die ersten Facetten 21 selbst jeweils auch aus einer Vielzahl von Einzelspiegeln, insbesondere einer Vielzahl von Mikrospiegeln, zusammengesetzt sein. Der erste Facettenspiegel 20 kann insbesondere als mikroelektromechanisches System (MEMS-System) ausgebildet sein. Für Details wird auf die DE 10 2008 009 600 A1 verwiesen.
Zwischen dem Kollektor 17 und dem Umlenkspiegel 19 verläuft die Beleuchtungsstrahlung 16 horizontal, also längs der y-Richtung.
Im Strahlengang der Beleuchtungsoptik 4 ist dem ersten Facettenspiegel 20 nachgeordnet ein zweiter Facettenspiegel 22. Sofern der zweite Facettenspiegel 22 in einer Pupillenebene der Beleuchtungsoptik 4 angeordnet ist, wird dieser auch als Pupillenfacettenspiegel bezeichnet. Der zweite Facettenspiegel 22 kann auch beabstandet zu einer Pupillenebene der Beleuchtungsoptik 4 angeordnet sein. In diesem Fall wird die Kombination aus dem ersten Facettenspiegel 20 und dem zweiten Facettenspiegel 22 auch als spekularer Reflektor bezeichnet. Spekulare Reflektoren sind bekannt aus der US 2006/0132747 A1 , der EP 1 614 008 B1 und der US 6,573,978 .
Der zweite Facettenspiegel 22 umfasst eine Mehrzahl von zweiten Facetten 23. Die zweiten Facetten 23 werden im Falle eines Pupillenfacettenspiegels auch als Pupillenfacetten bezeichnet.
Bei den zweiten Facetten 23 kann es sich ebenfalls um makroskopische Facetten, die beispielsweise rund, rechteckig oder auch hexagonal berandet sein können, oder alternativ um aus Mikrospiegeln zusammengesetzte Facetten handeln. Diesbezüglich wird ebenfalls auf die DE 10 2008 009 600 A1 verwiesen.
Die zweiten Facetten 23 können plane oder alternativ konvex oder konkav gekrümmte Reflexionsflächen aufweisen.
Die Beleuchtungsoptik 4 bildet somit ein doppelt facettiertes System. Dieses grundlegende Prinzip wird auch als Fliegenaugeintegrator (Fly's Eye Integrator) bezeichnet.
Es kann vorteilhaft sein, den zweiten Facettenspiegel 22 nicht exakt in einer Ebene, welche zu einer Pupillenebene der Projektionsoptik 10 optisch konjugiert ist, anzuordnen.
Mit Hilfe des zweiten Facettenspiegels 22 werden die einzelnen ersten Facetten 21 in das Objektfeld 5 abgebildet. Der zweite Facettenspiegel 22 ist der letzte bündelformende oder auch tatsächlich der letzte Spiegel für die Beleuchtungs-strahlung 16 im Strahlengang vor dem Objektfeld 5.
Bei einer weiteren, nicht dargestellten Ausführung der Beleuchtungsoptik 4 kann im Strahlengang zwischen dem zweiten Facettenspiegel 22 und dem Objektfeld 5 eine Übertragungsoptik angeordnet sein, die insbesondere zur Abbildung der ersten Facetten 21 in das Objektfeld 5 beiträgt. Die Übertragungsoptik kann genau einen Spiegel, alternativ aber auch zwei oder mehr Spiegel aufweisen, welche hintereinander im Strahlengang der Beleuchtungsoptik 4 angeordnet sind. Die Übertragungsoptik kann insbesondere einen oder zwei Spiegel für senkrechten Einfall (NI-Spiegel, Normal Incidence Spiegel) und/oder einen oder zwei Spiegel für streifenden Einfall (GI-Spiegel, Gracing Incidence Spiegel) umfassen.
Die Beleuchtungsoptik 4 hat bei der Ausführung, die in der 1 gezeigt ist, nach dem Kollektor 17 genau drei Spiegel, nämlich den Umlenkspiegel 19, den Feldfacettenspiegel 20 und den Pupillenfacettenspiegel 22.
Bei einer weiteren Ausführung der Beleuchtungsoptik 4 kann der Umlenkspiegel 19 auch entfallen, so dass die Beleuchtungsoptik 4 nach dem Kollektor 17 dann genau zwei Spiegel aufweisen kann, nämlich den ersten Facettenspiegel 20 und den zweiten Facettenspiegel 22.
Die Abbildung der ersten Facetten 21 mittels der zweiten Facetten 23 beziehungsweise mit den zweiten Facetten 23 und einer Übertragungsoptik in die Objektebene 6 ist regelmäßig nur eine näherungsweise Abbildung.
Die Projektionsoptik 10 umfasst eine Mehrzahl von Spiegeln Mi, welche gemäß ihrer Anordnung im Strahlengang der Projektionsbelichtungsanlage 1 durchnummeriert sind.
Bei dem in der 1 dargestellten Beispiel umfasst die Projektionsoptik 10 sechs Spiegel M1 bis M6. Alternativen mit vier, acht, zehn, zwölf oder einer an-deren Anzahl an Spiegeln Mi sind ebenso möglich. Der vorletzte Spiegel M5 und der letzte Spiegel M6 haben jeweils eine Durchtrittsöffnung für die Beleuchtungsstrahlung 16. Bei der Projektionsoptik 10 handelt es sich um eine doppelt obskurierte Optik. Die Projektionsoptik 10 hat eine bildseitige numerische Apertur, die größer ist als 0,5 und die auch größer sein kann als 0,6 und die beispielsweise 0,7 oder 0,75 betragen kann.
Reflexionsflächen der Spiegel Mi können als Freiformflächen ohne Rotationssymmetrieachse ausgeführt sein. Alternativ können die Reflexionsflächen der Spiegel Mi als asphärische Flächen mit genau einer Rotationssymmetrieachse der Reflexionsflächenform gestaltet sein. Die Spiegel Mi können, genauso wie die Spiegel der Beleuchtungsoptik 4, hoch reflektierende Beschichtungen für die Beleuchtungsstrahlung 16 aufweisen. Diese Beschichtungen können als Multilayer-Beschichtungen, insbesondere mit alternierenden Lagen aus Molybdän und Silizium, gestaltet sein.
Die Projektionsoptik 10 hat einen großen Objekt-Bildversatz in der y-Richtung zwischen einer y-Koordinate eines Zentrums des Objektfeldes 5 und einer y-Koordinate des Zentrums des Bildfeldes 11. Dieser Objekt-Bild-Versatz in der y-Richtung kann in etwa so groß sein wie ein z-Abstand zwischen der Objektebene 6 und der Bildebene 12.
Die Projektionsoptik 10 kann insbesondere anamorphotisch ausgebildet sein. Sie weist insbesondere unterschiedliche Abbildungsmaßstäbe βx, βy in x- und y-Richtung auf. Die beiden Abbildungsmaßstäbe βx, βy der Projektionsoptik 10 liegen bevorzugt bei (ßx, βy) = (+/- 0,25, /+- 0,125). Ein positiver Abbildungsmaßstab β bedeutet eine Abbildung ohne Bildumkehr. Ein negatives Vorzeichen für den Abbildungsmaßstab β bedeutet eine Abbildung mit Bildumkehr.
Die Projektionsoptik 10 führt somit in x-Richtung, das heißt in Richtung senkrecht zur Scanrichtung, zu einer Verkleinerung im Verhältnis 4:1.
Die Projektionsoptik 10 führt in y-Richtung, das heißt in Scanrichtung, zu einer Verkleinerung von 8:1.
Andere Abbildungsmaßstäbe sind ebenso möglich. Auch vorzeichengleiche und absolut gleiche Abbildungsmaßstäbe in x- und y-Richtung, zum Beispiel mit Absolutwerten von 0,125 oder von 0,25, sind möglich.
Die Anzahl von Zwischenbildebenen in der x- und in der y-Richtung im Strahlengang zwischen dem Objektfeld 5 und dem Bildfeld 11 kann gleich sein oder kann, je nach Ausführung der Projektionsoptik 10, unterschiedlich sein. Beispiele für Projektionsoptiken mit unterschiedlichen Anzahlen derartiger Zwischenbilder in x- und y-Richtung sind bekannt aus der US 2018/0074303 A1 .
Jeweils eine der Pupillenfacetten 23 ist genau einer der Feldfacetten 21 zur Ausbildung jeweils eines Beleuchtungskanals zur Ausleuchtung des Objektfeldes 5 zugeordnet. Es kann sich hierdurch insbesondere eine Beleuchtung nach dem Köhlerschen Prinzip ergeben. Das Fernfeld wird mit Hilfe der Feldfacetten 21 in eine Vielzahl an Objektfeldern 5 zerlegt. Die Feldfacetten 21 erzeugen eine Mehrzahl von Bildern des Zwischenfokus auf den diesen jeweils zugeordneten Pupillenfacetten 23.
Die Feldfacetten 21 werden jeweils von einer zugeordneten Pupillenfacette 23 einander überlagernd zur Ausleuchtung des Objektfeldes 5 auf das Retikel 7 abgebildet. Die Ausleuchtung des Objektfeldes 5 ist insbesondere möglichst homo-gen. Sie weist vorzugsweise einen Uniformitätsfehler von weniger als 2 % auf. Die Felduniformität kann über die Überlagerung unterschiedlicher Beleuchtungskanäle erreicht werden.
Durch eine Anordnung der Pupillenfacetten kann geometrisch die Ausleuchtung der Eintrittspupille der Projektionsoptik 10 definiert werden. Durch Auswahl der Beleuchtungskanäle, insbesondere der Teilmenge der Pupillenfacetten, die Licht führen, kann die Intensitätsverteilung in der Eintrittspupille der Projektionsoptik 10 eingestellt werden. Diese Intensitätsverteilung wird auch als Beleuchtungssetting bezeichnet.
Eine ebenfalls bevorzugte Pupillenuniformität im Bereich definiert ausgeleuchteter Abschnitte einer Beleuchtungspupille der Beleuchtungsoptik 4 kann durch eine Umverteilung der Beleuchtungskanäle erreicht werden.
Im Folgenden werden weitere Aspekte und Details der Ausleuchtung des Objektfeldes 5 sowie insbesondere der Eintrittspupille der Projektionsoptik 10 beschrieben.
Die Projektionsoptik 10 kann insbesondere eine homozentrische Eintrittspupille aufweisen. Diese kann zugänglich sein. Sie kann auch unzugänglich sein.
Die Eintrittspupille der Projektionsoptik 10 lässt sich regelmäßig mit dem Pupillenfacettenspiegel 22 nicht exakt ausleuchten. Bei einer Abbildung der Projektionsoptik 10, welche das Zentrum des Pupillenfacettenspiegels 22 telezentrisch auf den Wafer 13 abbildet, schneiden sich die Aperturstrahlen oftmals nicht in einem einzigen Punkt. Es lässt sich jedoch eine Fläche finden, in welcher der paarweise bestimmte Abstand der Aperturstrahlen minimal wird. Diese Fläche stellt die Eintrittspupille oder eine zu ihr konjugierte Fläche im Ortsraum dar. Insbesondere zeigt diese Fläche eine endliche Krümmung.
Es kann sein, dass die Projektionsoptik 10 unterschiedliche Lagen der Eintrittspupille für den tangentialen und für den sagittalen Strahlengang aufweist. In diesem Fall sollte ein abbildendes Element, insbesondere ein optisches Bauelement der Übertragungsoptik, zwischen dem zweiten Facettenspiegel 22 und dem Retikel 7 bereitgestellt werden. Mit Hilfe dieses optischen Elements kann die unterschiedliche Lage der tangentialen Eintrittspupille und der sagittalen Eintrittspupille berücksichtigt werden.
Bei der in der 1 dargestellten Anordnung der Komponenten der Beleuchtungsoptik 4 ist der Pupillenfacettenspiegel 22 in einer zur Eintrittspupille der Projektionsoptik 10 konjugierten Fläche angeordnet. Der Feldfacettenspiegel 20 ist verkippt zur Objektebene 6 angeordnet. Der erste Facettenspiegel 20 ist verkippt zu einer Anordnungsebene angeordnet, die vom Umlenkspiegel 19 definiert ist.
Der erste Facettenspiegel 20 ist verkippt zu einer Anordnungsebene angeordnet, die vom zweiten Facettenspiegel 22 definiert ist.
2 zeigt eine Seitenansicht auf einen Spiegel 29, der beispielsweise einem der in 1 beschriebenen Spiegel M1 bis M6 der Projektionsbelichtungsanlage 1 entspricht, mit einer aus dem Stand der Technik bekannten Heizvorrichtung 24. Die Heizvorrichtung 24 umfasst eine im gezeigten Beispiel als Laser 27 ausgebildete Heizstrahlungsquelle, welche über eine Faser 28 mit dem Gehäuse 26 der Heizvorrichtung 24 verbunden ist. Die Heizstrahlung 31 wird in der Heizvorrichtung 24 beispielsweise durch ein diffraktives optisches Element (nicht dargestellt) geformt, so dass die derart geformte Heizstrahlung 31 mit einer gewünschten Intensitätsverteilung auf den Spiegel 29 trifft. Im Bereich einer von der Heizstrahlung 31 bestrahlten Spiegeloberfläche 30 bildet sich dadurch eine Temperaturverteilung aus, so dass der Spiegel 29, bevor dieser mit der zur Abbildung der Strukturen verwendeten Nutzstrahlung (nicht dargestellt) beaufschlagt wird, bereits eine bevorzugte Temperaturverteilung aufweist, wodurch die durch die Erwärmung des Spiegels 29 auftretenden Abbildungsfehler minimiert werden können.
Die 3a zeigt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung 25, welche ebenfalls einen in eine Faser 28 einkoppelnden Laser 27 und ein Gehäuse 26 umfasst. Die Faser 28 wird in das Gehäuse 26 geführt und emittiert an ihrem Ende divergente unpolarisierte Heizstrahlung 31, wobei die parallele und senkrechte Polarisationsrichtung der Heizstrahlung 31 durch je einen Doppelpfeil in der Zeichenebene und senkrecht zur Zeichenebene dargestellt ist. Die Heizstrahlung 31 durchläuft nachfolgend einen Kollimator 36 und wird durch diesen zu immer noch unpolarisierter kollimierter Heizstrahlung 31 geformt. Die kollimierte Heizstrahlung 31 trifft nun auf einen als Polarisationsstrahlteilerwürfel 37 ausgebildeten Polarisator, welcher einen um 45° zur Strahlrichtung der Heizstrahlung 31 angeordneten teildurchlässigen Spiegel 38 umfasst. Dieser lässt den parallel polarisierten Anteil 33 der Heizstrahlung 31 durch und reflektiert die senkrecht polarisierten Anteile 34 der Heizstrahlung 31, koppelt also einen Teil 34 der Heizstrahlung 31 aus. Die in der 3a dargestellte Richtung der Polarisation (Doppelpfeil, s, p) der beiden Heizstrahlanteile 33, 34 beziehen sich auf die Einfallsebenen der optischen Elemente 37, 40, 41.1, 41.2 der Heizvorrichtung 25 und nicht auf die für die Absorption relevante Einfallsebene des zu beheizenden Spiegels. Der senkrecht polarisierte Heizstrahlanteil 34 durchtritt nachfolgend einen als λ/2 Platte ausgebildeten Polarisationsmodulator 39, welcher die Polarisationsrichtung um 90° dreht, so dass der senkrecht polarisierte Heizstrahlanteil 34 nach der λ/2 Platte 39 ebenfalls eine parallele Polarisation aufweist. Nachfolgend wird dieser Heizstrahlanteil 34 an einem als Umlenkspiegel ausgebildeten Umlenkelement 40 derart reflektiert, dass die beiden Heizstrahlanteile 33, 34 parallel zueinander verlaufen. Beide Heizstrahlanteile 33, 34 werden nun durch je ein als diffraktives optisches Element 41.1, 41.2 ausgebildete Ablenkelement geführt, welche für die beiden Heizstrahlanteile 33, 34 unterschiedlich ausgebildet sind und diese formen und ablenken. Die Heizstrahlanteile 33, 34 werden derart geformt, dass sich ein gewünschtes Intensitätsprofil auf einer Oberfläche eines zu beheizenden Spiegels (nicht dargestellt) ausbildet. Die Strukturen der diffraktiven Elemente 41.1, 41.2 werden vorab auf Basis des gewünschten Intensitätsprofils auf dem Spiegel im Wesentlichen über eine Fouriertransformation bestimmt. Zusätzlich werden die Heizstrahlanteile 33, 34 durch die diffraktiven optischen Elemente 41.1, 41.2 derart abgelenkt, dass die Polarisationsrichtung der Heizstrahlanteile 33, 34 in Bezug auf die Einfallsebene (nicht dargestellt) der Spiegeloberfläche des Spiegels (nicht dargestellt) parallel polarisiert sind.
Weiterhin ist die Heizvorrichtung 25 derart angeordnet, dass die Heizstrahlanteile 33, 34 mit dem Brewsterwinkel oder zumindest im Bereich des Brewsterwinkels auf die Spiegeloberfläche treffen, um eine maximale Absorption im Spiegel zu erreichen. Diese führt neben einem hohen Wirkungsgrad der Heizvorrichtung 25 auch zu einer vorteilhaften geringeren Reflektion, welche als thermische Störung in einer wie in der 1 beschriebenen Projektionsoptik 10 wirken würde.
Die diffraktiven optischen Elemente 41.1, 41.2 können alternativ auch vor den λ/2 Platten 39 angeordnet sein, wobei die Polarisationswirkung der λ/2-Platten vom Einfallswinkel der Strahlen abhängig ist und daher die im Ausführungsbeispiel dargestellte Anordnung, bei welcher die λ/2-Platten 39 mit kollimiertem Licht durchdrungen werden, bevorzugt werden sollte.
3b zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung, in der ebenfalls eine Heizvorrichtung 25 mit einem Gehäuse 26 dargestellt ist. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der in der 3a beschriebenen Ausführungsform dadurch, dass der durch den teildurchlässigen Spiegel 38 des Polarisationsstrahlteilerwürfels 37 hindurchgehende Heizstrahlanteil 33, welcher nach dem Polarisationsstrahlteilerwürfel 37 parallel polarisiert ist, nachfolgend durch eine λ/2-Platte39 um 90° gedreht wird und somit auf das darauf folgende diffraktive Element 41.1 mit einer senkrechten Polarisation auftrifft. Der im Polarisationsstrahlteilerwürfel 37 ausgekoppelte Heizstrahlanteil 34 wird lediglich durch einen Umlenkspiegel 40 derart umgelenkt, dass er parallel zu dem ersten Heizstrahlanteil 33 verläuft. Die aus der Heizvorrichtung 25 austretenden Heizstrahlanteile 33, 34 sind also in Bezug zu den optischen Elementen 38, 40,41.1, 41.2 der Heizvorrichtung senkrecht polarisiert. Die für eine effektive Heizleistung auf der nicht dargestellten Spiegeloberfläche notwendige parallele Polarisation der Heizstrahlung 31 wird durch eine entsprechende Anordnung der Heizvorrichtung 25 zum Spiegel (nicht dargestellt) erreicht. Siehe hierzu auch die Beschreibung der 5.
Die 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, in der eine Heizvorrichtung 25 dargestellt ist, die hinsichtlich des Strahlverlaufs und der Anordnung der polarisierenden Bauteile mit den in der 3a und der 3b beschriebenen Heizvorrichtungen 25 weitgehend übereinstimmt. Im Unterschied zu der in 3a beschriebenen Heizvorrichtung 25 umfasst der Polarisationsstrahlteilerwürfel 42 den Umlenkspiegel 40 für den ausgekoppelten Heizstrahlanteil 34, die beiden Elemente sind also als ein Bauteil ausgebildet. Durch die Reduzierung der Grenzflächen zwischen optischem Material und der Umgebung, im Fall einer EUV-Projektionsbelichtungsoptik beispielsweise Vakuum im Strahlengang wird der Wirkungsgrad der Heizvorrichtung durch geringere Verluste durch Reflektion an Grenzflächen weiter erhöht. Daneben sind in den Strahlengängen der beiden Heizstrahlanteile 33, 34 je eine λ/2-Platte39 derart angeordnet, dass in dem gezeigten Ausführungsbeispiel die Polarisation beider Heizstrahlanteile 33, 34 um 45° zu der Einfallsebene der diffraktiven Elemente 41.1, 41.2 in der Heizvorrichtung 25 ausgebildet ist. Der dargestellte Winkel von 45° ist beispielhaft und soll verdeutlichen, dass die Polarisationsrichtung beliebig eingestellt werden kann, um in Verbindung mit der Anordnung der Heizvorrichtung 25 zu einem zu beheizenden Spiegel (nicht dargestellt) eine zu der Einfallsebene des Spiegels parallele Polarisation einstellen zu können. Weiterhin sind nach den diffraktiven Elementen 41.1, 41.2 Teleskope 43 angeordnet, welche durch die vergrößernde Wirkung eine Reduzierung der durch die diffraktiven Elemente 41.1, 41.2 bewirkte Strahlablenkung ermöglichen. Dadurch kann die Strahlablenkung in den diffraktiven optischen Elementen 41 klein gehalten werden, wodurch die Beugungseffizienz der diffraktiven optischen Elemente 41.1, 41.2 und dadurch der Wirkungsgrad der Heizvorrichtung 25 zusätzlich erhöht werden. Daneben ist die Herstellung von diffraktiven Elementen 41 bei geringeren Ablenkwinkeln einfacher, was sich dadurch vorteilhaft auf die Herstellkosten der erfindungsgemäßen Vorrichtung auswirkt.
5 zeigt eine beispielhafte Anordnung einer Heizvorrichtung 25, in welcher die Heizvorrichtung 25 und ein durch diese beheizter Spiegel 29 dargestellt sind. Die Heizvorrichtung 25 ist wiederum mit einer Faser 28 mit der als Laser 27 ausgebildeten Heizstrahlungsquelle verbunden. Die beiden Heizstrahlanteile 33, 34 beleuchten im gezeigten Ausführungsbeispiel den gleichen Flächenanteil einer Oberfläche 30 des Spiegels 29. Dies wird, wie weiter oben bei 3a beschrieben, durch die unterschiedliche Ausbildung der diffraktiven Elemente (nicht dargestellt) bewirkt. Alternativ können die von den Heizstrahlanteilen 33, 34 beleuchteten Flächenanteile auch komplementär ausgebildet sein oder sich nur teilweise überlappen. Die Heizvorrichtung 25 ermöglicht ein Aufheizen des Spiegels 29 mit seiner Spiegeloberfläche 30 mit einem hohen Wirkungsgrad. Neben der Einsparung von Energie wird dadurch auch die an die Umgebung abgestrahlte Energie reduziert, wodurch die thermische Störung auf die auf Temperaturänderungen empfindlich reagierende Abbildungsqualität der Projektionsoptik vorteilhaft reduziert wird. Zur weiteren Illustration ist in 5 die Einfallsebene 32, die im gezeigten Beispiel mit der Blattebene zusammenfällt, dargestellt.
Bezugszeichenliste

1: Projektionsbelichtungsanlage
2: Beleuchtungssystem
3: Strahlungsquelle
4: Beleuchtungsoptik
5: Objektfeld
6: Objektebene
7: Retikel
8: Retikelhalter
9: Retikelverlagerungsantrieb
10: Projektionsoptik
11: Bildfeld
12: Bildebene
13: Wafers
14: Waferhalter
15: Waferverlagerungsantrieb
16: EUV-Strahlung
17: Kollektor
18: Zwischenfokusebene
19: Umlenkspiegel
20: Facettenspiegel
21: Facetten
22: Facettenspiegel
23: Facetten
24: Heizvorrichtung (SDT)
25: Heizvorrichtung
26: Gehäuse
27: Laser
28: Faser
29: Spiegel
30: Spiegeloberfläche
31: Heizstrahlung
32: Einfallsebene
33: erster Heizstrahlanteil
34: zweiter Heizstrahlanteil
35: Einfallsebene
36: Kollimator
37: Polarisationsstrahlteilerwürfel
38: teildurchlässiger Spiegel
39: λ/2 Platte
40: Umlenkspiegel
41.1,41.2: diffraktives optisches Element
42: Polarisationsstrahlteilerwürfel min Spiegel
43: Teleskop
s: senkrecht polarisiert
p: parallel polarisiert

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012216284 A1 [0004]
DE 102008009600 A1 [0028, 0032]
US 2006/0132747 A1 [0030]
EP 1614008 B1 [0030]
US 6573978 [0030]
US 2018/0074303 A1 [0049]

Claims

Projektionsbelichtungsanlage (1) für die Halbleiterlithographie mit einer Heizvorrichtung (25) zum Beheizen optischer Elemente (29) der Projektionsbelichtungsanlage (1) mittels Heizstrahlung (31) und einem Polarisator (37) zur Aufspaltung der Heizstrahlung (31) in mindestens zwei unterschiedlich polarisierte Heizstrahlanteile (33,34) dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Polarisationsmodulator (39) zur Modifikation der Polarisation mindestens eines der unterschiedlich polarisierten Heizstrahlanteile (33,34) vorhanden ist.
Projektionsbelichtungsanlage (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Polarisationsmodulator (39) dazu eingerichtet ist, die Polarisation mindestens eines Heizstrahlanteile (34) an die Polarisation mindestens eines anderen Heizstrahlanteiles (33) anzugleichen.
Projektionsbelichtungsanlage (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Polarisator (37) um einen Polarisationsstrahlteilerwürfel handelt.
Projektionsbelichtungsanlage (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Umlenkelement (40) zur Umlenkung eines den Polarisationsstrahlteilerwürfel (37) verlassenden Heizstrahlanteiles vorhanden ist.
Projektionsbelichtungsanlage (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Umlenkelement (40) und der Polarisationsstrahlteilerwürfel (37) als gemeinsames Bauteil ausgebildet sind.
Projektionsbelichtungsanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Polarisationsmodulator (39) um eine λ/2-Plattehandelt.
Projektionsbelichtungsanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Ablenkelement (41.1,41.2) zur Formung mindestens eines Heizstrahlanteiles (33,34) vorhanden ist.
Projektionsbelichtungsanlage (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Ablenkelement (41.1,41.2) um ein diffraktives Element handelt.
Projektionsbelichtungsanlage (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ablenkelement (41.1,41.2) im Strahlengang nach dem Polarisationsmodulator (39) angeordnet ist.
Projektionsbelichtungsanlage (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ablenkelement (41.1,41.2) im Strahlengang vor dem Polarisationsmodulator (39) angeordnet ist.
Projektionsbelichtungsanlage (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizstrahlanteile (33, 34) im Bereich des Brewsterwinkels auf eine Oberfläche (30) eines zu beheizenden optischen Elementes (29) treffen.