DE102020213983A1 - Optical system, in particular in a microlithographic projection exposure system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein optisches System, insbesondere in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, sowie ein Verfahren zum Heizen eines optischen Elements in einem optischen System. Ein erfindungsgemäßes optisches System weist ein optisches Element (450) und wenigstens eine Heizeinheit (100, 200) zum Heizen dieses optischen Elements durch Beaufschlagen des optischen Elements mit elektromagnetischer Strahlung auf, wobei die Heizeinheit wenigstens einen Spiegel mit nicht-planer optischer Wirkfläche aufweist.The invention relates to an optical system, in particular in a microlithographic projection exposure system, and to a method for heating an optical element in an optical system. An optical system according to the invention has an optical element (450) and at least one heating unit (100, 200) for heating this optical element by applying electromagnetic radiation to the optical element, the heating unit having at least one mirror with a non-planar optical effective surface.
Description
HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
Gebiet der Erfindungfield of invention
Die Erfindung betrifft ein optisches System, insbesondere in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, sowie ein Verfahren zum Heizen eines optischen Elements in einem optischen System.The invention relates to an optical system, in particular in a microlithographic projection exposure system, and to a method for heating an optical element in an optical system.
Stand der TechnikState of the art
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.Microlithography is used to produce microstructured components such as integrated circuits or LCDs. The microlithographic process is carried out in a so-called projection exposure system, which has an illumination device and a projection lens. The image of a mask (= reticle) illuminated by means of the illumination device is projected by means of the projection objective onto a substrate (e.g. a silicon wafer) coated with a light-sensitive layer (photoresist) and arranged in the image plane of the projection objective in order to project the mask structure onto the light-sensitive coating of the to transfer substrate.
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.In projection lenses designed for the EUV range, i.e. at wavelengths of around 13 nm or around 7 nm, for example, mirrors are used as optical components for the imaging process due to the lack of availability of suitable transparent refractive materials.
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.A problem that occurs in practice is that the EUV mirrors, among other things, experience heating as a result of absorption of the radiation emitted by the EUV light source and an associated thermal expansion or deformation, which in turn can result in impairment of the imaging properties of the optical system .
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 ULE™ 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 ϑ = 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.Various approaches are known for avoiding surface deformations caused by heat input into an EUV mirror and optical aberrations associated therewith. Among other things, it is known to use a material with ultra-low thermal expansion ("ultra-low-expansion material") as the mirror substrate material, e.g. a titanium silicate glass sold by Corning Inc. under the name ULE™, and in one of set the so-called zero crossing temperature (= "zero crossing temperature") in the area close to the optical active surface. At this zero-crossing temperature, which is around ϑ = 30°C for ULE™, for example, the temperature dependence of the thermal expansion coefficient shows a zero crossing, in the vicinity of which there is no or only negligible thermal expansion of the mirror substrate material.
Mögliche weitere Ansätze zur Vermeidung von durch Wärmeeinträge in einen EUV-Spiegel verursachten Oberflächendeformationen beinhalten den Einsatz einer Heizanordnung auf Basis von Infrarotstrahlung. Mit einer solchen Heizanordnung kann in Phasen vergleichsweise geringer Absorption von EUV-Nutzstrahlung eine aktive Spiegelerwärmung erfolgen, wobei diese aktive Spiegelerwärmung mit steigender Absorption der EUV-Nutzstrahlung entsprechend zurückgefahren wird. Des Weiteren kann auch ein Vorwärmen der EUV-Spiegel vor dem eigentlichen Betrieb bzw. vor der Beaufschlagung mit EUV-Strahlung auf die o.g. Nulldurchgangstemperatur (= „Zero-Crossing-Temperatur“) erfolgen.Possible further approaches to avoid surface deformations caused by heat input into an EUV mirror include the use of a heating arrangement based on infrared radiation. With such a heating arrangement, an active heating of the mirror can take place in phases of comparatively low absorption of useful EUV radiation, with this active heating of the mirror being correspondingly reduced with increasing absorption of the useful EUV radiation. Furthermore, the EUV mirrors can also be preheated to the above-mentioned zero crossing temperature (= "zero crossing temperature") before actual operation or before exposure to EUV radiation.
Die Einkopplung der Infrarotstrahlung in den betreffenden (EUV)-Spiegel erfordert wiederum den Einsatz einer geeigneten, die Heizanordnung bildenden Optik, die unter Berücksichtigung der konkreten Gegebenheiten im optischen System (insbesondere der geometrischen Anordnung des zu heizenden Spiegels, dessen beschränkter Absorption der Heizstrahlung sowie vorhandener Bauraumbeschränkungen) eine in örtlicher Hinsicht möglichst gleichmäßige Spiegelerwärmung ermöglicht.The coupling of the infrared radiation into the relevant (EUV) mirror in turn requires the use of suitable optics forming the heating arrangement, which, taking into account the specific conditions in the optical system (in particular the geometric arrangement of the mirror to be heated, its limited absorption of the heating radiation and existing Installation space restrictions) allows a mirror heating that is as uniform as possible in local terms.
Ein hierbei in der Praxis auftretendes Problem ist, dass bei größeren Abmessungen des zu heizenden Spiegels oder zunehmender Leistung der EUV-Lichtquelle das vorstehend beschriebene Heizkonzept der Spiegelheizung die Einkopplung erheblicher Heizleistungen von größenordnungsmäßig 100W oder mehr erfordert, wodurch wiederum die optisch wirksamen Flächen der die Heizeinheit bildenden Optik entsprechend hohen Bestrahlintensitäten ausgesetzt werden. Dies kann wiederum eine Degradation bis hin zu einer Zerstörung der optischen Elemente in der die Heizeinheit bildenden Optik bzw. der in diesen optischen Elementen vorhandenen Volumen- sowie Beschichtungsmaterialien zur Folge haben. Bei den zu einer solchen Degradation führenden Defekten kann es sich beispielsweise um Kompaktierungseffekte (d.h. lokale Dichteänderungen im Volumenmaterial und damit einhergehende Brechzahländerungen), Transmissionsänderungen sowie nichtlineare Effekte wie selbstinduzierte Fokussierung handeln. Zudem können Verunreinigungspartikel, welche sich auf den optisch wirksamen Flächen der optischen Elemente in der die Heizeinheit bildenden Optik niederschlagen, eine unerwünschte lokale Erhöhung der absorbierten Strahlungsintensität und eine damit einhergehende thermisch induzierte Degradation zur Folge haben.A problem that occurs in practice is that with larger dimensions of the mirror to be heated or increasing power of the EUV light source, the heating concept of the mirror heating described above requires the coupling of considerable heating power of the order of 100W or more, which in turn reduces the optically effective surfaces of the heating unit visual optics are exposed to correspondingly high irradiation intensities. This in turn can result in degradation up to and including destruction of the optical elements in the optics forming the heating unit or of the volume and coating materials present in these optical elements. The defects leading to such degradation can be, for example, compaction effects (i.e. local density changes in the volume material and the associated changes in the refractive index), transmission changes and non-linear effects such as self-induced focusing. In addition, contamination particles, which are deposited on the optically effective surfaces of the optical elements in the optics forming the heating unit, can result in an undesired local increase in the absorbed radiation intensity and a thermally induced degradation associated therewith.
Die vorstehend beschriebenen Probleme sind insbesondere dann besonders gravierend, wenn die optischen Elemente der die Heizeinheit bildenden Optik im Vergleich zu dem zu heizenden (EUV)-Spiegel aus Bauraum- und/oder Kostengründen wesentlich kleiner dimensioniert sind.The problems described above are particularly serious when the optical elements of the optics forming the heating unit are dimensioned significantly smaller than the (EUV) mirror to be heated for reasons of installation space and/or cost.
Im Ergebnis kann ein Austausch der gesamten Heizeinheit und eine damit einhergehende Unterbrechung des Betriebs der mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage erforderlich werden.As a result, it may be necessary to replace the entire heating unit and, as a result, to interrupt the operation of the microlithographic projection exposure system.
Zum Stand der Technik wird lediglich beispielhaft auf
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optisches System, insbesondere in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, sowie ein Verfahren zum Heizen eines optischen Elements in einem optischen System bereitzustellen, welche eine Vermeidung oder Verringerung von durch Wärmeeinträge in einem optischen Element verursachten Oberflächendeformationen und damit einhergehenden optischen Aberrationen unter zumindest teilweiser Vermeidung der vorstehend beschriebenen Probleme ermöglichen.It is an object of the present invention to provide an optical system, in particular in a microlithographic projection exposure system, and a method for heating an optical element in an optical system, which avoids or reduces surface deformations caused by heat input in an optical element and associated optical allow aberrations while at least partially avoiding the problems described above.
Diese Aufgabe wird durch das optische System gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 bzw. das Verfahren gemäß den Merkmalen des nebengeordneten Patentanspruchs 16 gelöst.This object is achieved by the optical system according to the features of
Ein optisches System, insbesondere in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, weist auf:
- - ein optisches Element; und
- - wenigstens eine Heizeinheit zum Heizen des optischen Elements durch Beaufschlagen des optischen Elements mit elektromagnetischer Strahlung;
- - wobei die Heizeinheit wenigstens einen Spiegel mit nicht-planer optischer Wirkfläche aufweist.
- - an optical element; and
- - at least one heating unit for heating the optical element by applying electromagnetic radiation to the optical element;
- - Wherein the heating unit has at least one mirror with a non-planar optical effective surface.
Der Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, eine zur Verwirklichung des vorstehend beschriebenen Heizkonzepts (d.h. der Einkopplung von Heizstrahlung in ein optisches Element mit dem Ziel der Vermeidung thermisch induzierter Deformationen im Betrieb des dieses Elements aufweisenden optischen Systems) dienende Optik unter Verwendung von einem oder mehreren Spiegeln zu realisieren. Dabei geht die Erfindung von der Überlegung aus, dass bei zumindest teilweiser Ausgestaltung der die Heizeinheit bildenden Optik als Spiegelsystem eine vergleichsweise schnelle und effektive Wärmeabfuhr (relativ zu einem rein refraktiven Linsensystem) durch geeignete thermische Anbindung und/oder aktive Kühlung des bzw. der betreffenden Spiegel(s) erfolgen kann. Insbesondere kann im Gegensatz zu Linsen die optisch ungenutzte Spiegelrückseite und/oder das Spiegelsubstrat zur Wärmeabfuhr genutzt werden kann. Aufgrund der somit erfindungsgemäß ermöglichten effektiven Wärmeabfuhr innerhalb der die Heizeinheit bildenden Optik können die eingangs beschriebenen Degradationseffekte wesentlich reduziert oder sogar vollständig vermieden werden.The invention is based in particular on the concept of using one or more optics to implement the heating concept described above (i.e. the coupling of heating radiation into an optical element with the aim of avoiding thermally induced deformations during operation of the optical system comprising this element). to realize mirroring. The invention is based on the consideration that if the optics forming the heating unit are designed at least partially as a mirror system, heat can be dissipated comparatively quickly and effectively (relative to a purely refractive lens system) by suitable thermal connection and/or active cooling of the mirror or mirrors in question (s) can be done. In particular, in contrast to lenses, the optically unused rear side of the mirror and/or the mirror substrate can be used for heat dissipation. Due to the effective heat dissipation within the optics forming the heating unit, which is thus made possible according to the invention, the degradation effects described at the outset can be significantly reduced or even completely avoided.
Des Weiteren wirkt sich die vergleichsweise gute Wärmeleitung etwa innerhalb des Spiegelsubstrats des wenigstens einen erfindungsgemäß innerhalb der Heizeinheit eingesetzten Spiegels auch insofern vorteilhaft aus, als eine mit der Ablagerung von Verunreinigungspartikeln gegebenenfalls unvermeidbar einhergehende lokal variierende Erwärmung eher toleriert werden kann, da eine solche lokal variierende Strahlungsabsorption infolge der verbesserten Wärmeleitung keinen Temperaturanstieg über die jeweilige Schädigungsgrenze hinaus zur Folge hat.Furthermore, the comparatively good heat conduction, for example within the mirror substrate of the at least one mirror used according to the invention within the heating unit, also has an advantageous effect in that locally varying heating that may unavoidably accompany the deposition of contamination particles can be tolerated more easily, since such locally varying radiation absorption due to the improved heat conduction does not result in a temperature rise above the respective damage limit.
Im Ergebnis kann erfindungsgemäß im Vergleich zu einer Ausgestaltung mit rein refraktivem Linsensystem eine wesentlich stabilere und robustere Optik der Heizeinheit bereitgestellt werden.As a result, significantly more stable and robust optics of the heating unit can be provided according to the invention compared to an embodiment with a purely refractive lens system.
Insbesondere können erfindungsgemäß innerhalb der die Heizeinheit bildenden Optik diejenigen optisch wirksamen Flächen reflektiv ausgestaltet werden, an denen die im Betrieb des optischen Systems bzw. der mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage zu erwartenden maximalen Bestrahlintensitäten einen bestimmten Schwellenwert (z.B. 1W/mm2, insbesondere 5W/mm2, weiter insbesondere 10W/mm2) übersteigen.In particular, according to the invention, within the optics forming the heating unit, those optically effective surfaces can be designed to be reflective, on which the optical system during operation or the maximum irradiation intensities to be expected from the microlithographic projection exposure system exceed a specific threshold value (eg 1W/mm 2 , in particular 5W/mm 2 , more particularly 10W/mm 2 ).
Dabei werden erfindungsgemäß mit der (zumindest teilweisen) Ausgestaltung der die Heizeinheit bildenden Optik als Spiegelsystem bewusst Nachteile in Kauf genommen, um im Gegenzug die zuvor beschriebenen Vorteile hinsichtlich effizienter Wärmeableitung und daraus resultierender Stabilität und Robustheit des Systems zu erzielen. Dies betrifft insbesondere die vergleichsweise wesentlich größeren Abmessungen der optisch wirksamen Fläche(n), die typischerweise und vor allem bei Schrägstellung des betreffenden Spiegels in Bezug auf den optischen Strahlengang gegeben ist. Ein weiterer erfindungsgemäß in Kauf genommener Nachteil betrifft die im Vergleich zu Linsenflächen wesentlich größere Empfindlichkeit von Spiegelfläche auf Fertigungs- und/oder Justagefehler. Insgesamt werden erfindungsgemäß größere Schwierigkeiten in Kauf genommen, um die Heizeinheit unter den typischerweise gegebenen strengen Bauraumbeschränkungen mit einem oder mehreren Spiegeln zu realisieren und zugleich unerwünschte Aberrationen auf ein akzeptables Maß zu begrenzen.According to the invention, disadvantages are deliberately accepted with the (at least partial) configuration of the optics forming the heating unit as a mirror system in order to achieve the advantages described above with regard to efficient heat dissipation and the resulting stability and robustness of the system. This relates in particular to the comparatively significantly larger dimensions of the optically effective surface(s), which typically and above all are given when the relevant mirror is in an inclined position in relation to the optical beam path. Another disadvantage that is accepted according to the invention relates to the significantly greater sensitivity of mirror surfaces to manufacturing and/or adjustment errors compared to lens surfaces. Overall, greater difficulties are accepted according to the invention in order to realize the heating unit with one or more mirrors under the typically given strict installation space restrictions and at the same time to limit undesired aberrations to an acceptable level.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Spiegel Bestandteil eines optischen Kollimators.According to one embodiment, the mirror is part of an optical collimator.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Heizeinheit ein ausschließlich aus Spiegeln aufgebautes Teleskop auf.According to one embodiment, the heating unit has a telescope made up exclusively of mirrors.
Gemäß einer Ausführungsform weist dieses Teleskop keine durchgehende optische Achse auf.According to one embodiment, this telescope does not have a continuous optical axis.
Gemäß einer Ausführungsform ist der wenigstens eine Spiegel ein asphärischer Spiegel.According to one embodiment, the at least one mirror is an aspheric mirror.
Gemäß einer Ausführungsform weist der wenigstens eine Spiegel eine optisch wirksame Freiformfläche auf.According to one embodiment, the at least one mirror has an optically effective free-form surface.
Gemäß einer Ausführungsform besitzt der wenigstens eine Spiegel ein Spiegelsubstrat, welches ein Spiegelsubstratmaterial mit einem Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten von wenigstens 10Wm-1K-1, insbesondere wenigstens 50Wm-1K-1, weiter insbesondere wenigstens 100Wm-1K-1, aufweist.According to one embodiment, the at least one mirror has a mirror substrate which has a mirror substrate material with a thermal conductivity coefficient of at least 10 Wm -1 K -1 , in particular at least 50 Wm -1 K -1 , further in particular at least 100 Wm -1 K -1 .
Gemäß einer Ausführungsform ist der wenigstens eine Spiegel an eine Wärmeabfuhrkomponente aus einem Material mit einem Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten von wenigstens 10Wm-1K-1, insbesondere wenigstens 50Wm-1K-1, weiter insbesondere wenigstens 100Wm-1K-1, thermisch gekoppelt.According to one embodiment, the at least one mirror is thermally coupled to a heat dissipation component made of a material with a thermal conductivity coefficient of at least 10 Wm -1 K -1 , in particular at least 50 Wm -1 K -1 , more particularly at least 100 Wm -1 K -1 .
Gemäß einer Ausführungsform weist das optische System wenigstens einen Kühler zum Abführen von Wärme von dem wenigstens einen Spiegel auf.According to one embodiment, the optical system has at least one cooler for dissipating heat from the at least one mirror.
Gemäß einer Ausführungsform weist der wenigstens eine Spiegel wenigstens einen mit einem Kühlfluid beaufschlagbaren Kühlkanal auf.According to one embodiment, the at least one mirror has at least one cooling channel that can be charged with a cooling fluid.
Gemäß einer Ausführungsform ist das zu heizende optische Element ein Spiegel.According to one embodiment, the optical element to be heated is a mirror.
Gemäß einer Ausführungsform ist das zu heizende optische Element für eine Arbeitswellenlänge von weniger als 30nm, insbesondere weniger als 15nm, ausgelegt.According to one embodiment, the optical element to be heated is designed for a working wavelength of less than 30 nm, in particular less than 15 nm.
Gemäß einer Ausführungsform ist das optische System ein optisches System einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, insbesondere eine Beleuchtungseinrichtung oder ein Projektionsobjektiv.According to one embodiment, the optical system is an optical system of a microlithographic projection exposure system, in particular an illumination device or a projection lens.
Die Erfindung betrifft weiter auch eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage mit einem optischen System mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen, sowie eine Heizeinheit zur Verwendung in einem solchen optischen System.The invention also relates to a microlithographic projection exposure system with an optical system having the features described above, and a heating unit for use in such an optical system.
Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zum Heizen eines optischen Elements, wobei das optische Element eine optische Wirkfläche aufweist, wobei das optische Element über wenigstens eine Heizeinheit mit einem Strahlbündel elektromagnetischer Strahlung beaufschlagt wird, und wobei eine Heizeinheit mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen verwendet wird.The invention further relates to a method for heating an optical element, the optical element having an optical active surface, the optical element being exposed to a beam of electromagnetic radiation via at least one heating unit, and a heating unit having the features described above being used.
Zu Vorteilen und weiteren bevorzugten Ausgestaltungen des Verfahrens wird auf die o.g. Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen optischen System Bezug genommen.With regard to advantages and further preferred configurations of the method, reference is made to the above statements in connection with the optical system according to the invention.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.Further configurations of the invention can be found in the description and in the dependent claims.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to exemplary embodiments illustrated in the attached figures.
Figurenlistecharacter list
Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung des möglichen Aufbaus einer Heizanordnung zum Heizen eines optischen Elements in einem optischen System; -
2 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer Heizanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform; -
3 eine schematische Darstellung eines gemäß der Erfindung ausgestalteten Kollimators für dieHeizanordnung von 1 bzw.2 in einer möglichen Ausführungsform; -
4 eine schematische Darstellung eines gemäß der Erfindung ausgestalteten Teleskops für dieHeizanordnung von 1 bzw.2 in einer möglichen Ausführungsform; -
5 eine schematische Darstellung der Bestrahlung eines EUV-Spiegels unter Verwendung eines in einer Heizanordnung gemäß der Erfindung vorhandenen Teleskops; -
6 eine schematische Darstellung eines möglichen Einsatzszenarios einer Heizanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung; und -
7 eine schematische Darstellung des möglichen Aufbaus einer für den Betrieb im EUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.
-
1 a schematic representation of the possible structure of a heating arrangement for heating an optical element in an optical system; -
2 a schematic representation of the structure of a heating arrangement according to a further embodiment; -
3 a schematic representation of a configured according to the invention collimator for the heating arrangement of FIG1 respectively.2 in one possible embodiment; -
4 a schematic representation of a designed according to the invention telescope for the heater assembly of1 respectively.2 in one possible embodiment; -
5 a schematic representation of the irradiation of an EUV mirror using a present in a heating arrangement according to the invention telescope; -
6 a schematic representation of a possible application scenario of a heating arrangement according to the present invention; and -
7 a schematic representation of the possible structure of a designed for operation in the EUV microlithographic projection exposure system.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS
Gemäß
Das Projektionsobjektiv 10 dient zur Abbildung des Objektfeldes 5 in ein Bildfeld 11 in einer Bildebene 12. 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 Waferverlagerungsantrieb 15 kann synchronisiert zueinander erfolgen.The
Bei der Strahlungsquelle 3 handelt es sich um eine EUV-Strahlungsquelle. Die Strahlungsquelle 3 emittiert insbesondere EUV-Strahlung, 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 zum Beispiel um eine Plasmaquelle, eine synchrotronbasierte Strahlungsquelle oder 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 und propagiert durch einen Zwischenfokus in einer Zwischenfokusebene 18 in die Beleuchtungsoptik 4. Die Beleuchtungsoptik 4 weist einen Umlenkspiegel 19 und diesem im Strahlengang nachgeordnet einen ersten Facettenspiegel 20 (mit schematisch angedeuteten Facetten 21) und einen zweiten Facettenspiegel 22 (mit schematisch angedeuteten Facetten 23) auf.The
Das Projektionsobjektiv 10 weist eine Mehrzahl von Spiegeln Mi (i= 1, 2, ...) auf, welche gemäß ihrer Anordnung im Strahlengang der Projektionsbelichtungsanlage 1 durchnummeriert sind. Bei dem in der
Im Betrieb der mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage 1 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 Ausdehnung bzw. Deformation, welche wiederum eine Beeinträchtigung der Abbildungseigenschaften des optischen Systems zur Folge haben kann.During operation of the microlithographic
Das erfindungsgemäße Konzept zum Heizen eines optischen Elements kann somit insbesondere vorteilhaft auf einen beliebigen Spiegel der mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage 1 von
Gemäß
Die beiden Teilstrahlen von jeweils linearer Polarisation treten gemäß
Die DOE's 124, 126 dienen als Strahlformungseinheiten zur Aufprägung eines individuellen Heizprofils in das zu heizende optische Element im Wege einer Strahlformung der auf das optische Element zu lenkenden IR-Strahlung.The DOE's 124, 126 serve as beam shaping units for impressing an individual heating profile on the optical element to be heated by beam shaping of the IR radiation to be directed onto the optical element.
Über die optischen Retarder 123, 125 (welche z.B. als Lambda/2-Platten ausgestaltend sein können) kann eine geeignete Einstellung der jeweiligen Polarisationsrichtung erreicht werden, um die jeweilige Polarisationsrichtung in beiden separaten Strahlwegen für die Einkopplung der IR-Strahlung in das zu heizende optische Element bzw. den EUV-Spiegel (d.h. im Hinblick auf maximale Absorption) geeignet einzustellen. In weiteren Ausführungsformen kann anstelle der Retarder auch jeweils ein optischer Rotator zur geeigneten Drehung der Polarisationsrichtung eingesetzt werden (wobei beispielsweise ein 90°-Rotator in für sich bekannter Weise aus zwei gegeneinander um 45° hinsichtlich ihrer schnellen Achse der Doppelbrechung verdrehten Lambda/2-Platten hergestellt sein kann). Ferner kann in Ausführungsformen der Erfindung auch der Einsatz eines optischen Retarders bzw. Rotators in nur einem der beiden separaten Strahlwege ausreichend sein. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn eine Drehung der Polarisationsrichtung in nur einem der beiden separaten Strahlwege und um einen Winkel von 90° geboten ist, da die durch den Polarisationsstrahlteiler 121 erzielte Aufspaltung in zwei zueinander orthogonal polarisierte Strahlungsanteile als im Wesentlichen perfekt und die Apertur des optischen Strahlengangs im Bereich des Polarisationsstrahlteilers 121 als gering angenommen werden können.About the
Die optischen Teleskope 130 bzw. 140, für welche im Weiteren unter Bezugnahme auf
Die Erfindung ist nicht auf die Anwendung in der konkreten Ausgestaltung von
Die Einkopplung linear polarisierter (Teil-)Strahlen über die Heizeinheit in das zu heizende optische Element hat den Vorteil, dass auch bei einer Einkopplung der erzeugten Heizstrahlung unter vergleichsweise großen Einfallswinkeln bezogen auf die jeweilige Oberflächennormale („streifender Einfall“, engl: „grazing incidence“) eine ausreichende Absorption der Heizstrahlung erzielt werden kann. Eine solche Einkopplung der Heizstrahlung mit „streifendem Einfall“ wiederum kann sich in der konkreten Anwendungssituation unter Bauraumaspekten als vorteilhaft oder sogar erforderlich erweisen, wenn - wie häufig der Fall - kein ausreichender Bauraum innerhalb der Projektionsbelichtungsanlage in der zur Oberfläche des zu heizenden optischen Elements senkrechten Richtung zur Verfügung steht. Des Weiteren kann durch besagte Einkopplung der Heizstrahlung unter streifendem Einfall je nach konkreter Anwendungssituation gegebenenfalls sichergestellt werden, dass die Heizanordnung außerhalb des eigentlichen Nutzstrahlengangs angeordnet ist.The coupling of linearly polarized (partial) rays via the heating unit into the optical element to be heated has the advantage that even if the heating radiation generated is coupled in at comparatively large angles of incidence in relation to the respective surface normal ("grazing incidence") “) sufficient absorption of the heating radiation can be achieved. Such a coupling of the heating radiation with "grazing incidence" can turn out to be advantageous or even necessary in the specific application situation under installation space aspects if - as is often the case - there is insufficient installation space within the projection exposure system in the direction perpendicular to the surface of the optical element to be heated is available. Furthermore, by means of said coupling of the heating radiation with grazing incidence, it can be ensured, depending on the specific application situation, that the heating arrangement is arranged outside of the actual useful beam path.
Jede der im optischen System (wie z.B. der Projektionsbelichtungsanlage von
Das optische Teleskop 130 bzw. 140 gemäß
Ein geeignetes Material für die Ausgestaltung der Reflexionsschicht des wenigstens einen, erfindungsgemäß in der Heizeinheit eingesetzten Spiegels ist insbesondere Gold (Au), welches für die in der Heizeinheit verwendete Wellenlänge von z.B. etwa 1000nm je nach Einfallswinkel einen ausreichend hohen Reflexionsgrad von über 95% bereitstellt.A suitable material for the design of the reflection layer of the at least one mirror used according to the invention in the heating unit is in particular gold (Au), which provides a sufficiently high degree of reflection of over 95% for the wavelength used in the heating unit of e.g. about 1000 nm, depending on the angle of incidence.
Wenngleich der erfindungsgemäß erfolgende Einsatz wenigstens eines Spiegels innerhalb der Heizanordnung bei dem in
Das in
Das in
Der Spiegel 431 weist eine torische optische Wirkfläche mit zwei Radien Rx= -21.44069 mm und Ry= -627.03403 mm auf. Die Koordinaten des Ursprungs in DOE-Koordinaten sind (0, 0, 10), und der Kippwinkel in DOE-Koordinaten beträgt 22.529543°. Tabelle 1 gibt für den Spiegel 431 die Asphärenkoeffizienten bis zur 4. Ordnung an. Die durch die optische Wirkfläche ausgebildete Freiformfläche wird hierbei durch ein Polynom vierter Ordnung beschrieben gemäß
Der Spiegel 432 weist eine torische optische Wirkfläche mit zwei Radien Rx= 7.445997 mm und Ry= -460.285833 mm auf. Die Koordinaten des Ursprungs in DOE-Koordinaten sind (0, 5.365294085389801, 4.645760386650385), und der Kippwinkel in DOE-Koordinaten beträgt 21.492417°. Tabelle 2 gibt für den Spiegel 432 analog zu Tabelle 1 die Asphärenkoeffizienten bis zur 4. Ordnung an: Tabelle 2:
Der Spiegel 433 weist eine torische optische Wirkfläche mit zwei Radien Rx= -49.353522 mm und Ry= -32.780797 mm auf. Die Koordinaten des Ursprungs in DOE-Koordinaten sind (0, 6.120438429146021, 25.49553182682347), und der Kippwinkel in DOE-Koordinaten beträgt -18.58314900000001°. Tabelle 3 gibt für den Spiegel 433 analog zu Tabelle 1 die Asphärenkoeffizienten bis zur 4. Ordnung an: Tabelle 3:
Der Spiegel 434 weist eine torische optische Wirkfläche mit zwei Radien Rx= 28.872586 mm und Ry= 7.455634 mm auf. Die Koordinaten des Ursprungs in DOE-Koordinaten sind (0, 0.3285899881067937, 17.25213274393808), und der Kippwinkel in DOE-Koordinaten beträgt -17.50913°. Tabelle 4 gibt für den Spiegel 434 analog zu Tabelle 1 die Asphärenkoeffizienten bis zur 4. Ordnung an: Tabelle 4:
Den in
Gemäß
Wenngleich es sich in den zuvor beschriebenen Ausführungsformen bei dem zu heizenden optischen Element jeweils um einen (insbesondere für den Betrieb im EUV-Bereich ausgelegten) Spiegel handelt, ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt. In weiteren Ausführungsformen kann es sich bei dem zu heizenden optischen Element auch um einen für andere Arbeitswellenlängen (z.B. für den DUV-Bereich, d.h. für Wellenlängen kleiner als 250nm, insbesondere kleiner als 200nm) ausgelegten Spiegel oder auch um eine Linse handeln.Although in the previously described embodiments the optical element to be heated is in each case a mirror (designed in particular for operation in the EUV range), the invention is not restricted to this. In further embodiments, the optical element to be heated can also be a mirror designed for other working wavelengths (e.g. for the DUV range, i.e. for wavelengths smaller than 250 nm, in particular smaller than 200 nm) or also a lens.
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.Although the invention has also been described on the basis of specific embodiments, numerous variations and alternative embodiments will become apparent to the person skilled in the art, for example by combining and/or exchanging features of individual embodiments. Accordingly, it will be understood by those skilled in the art that such variations and alternative embodiments are intended to be encompassed by the present invention, and the scope of the invention is limited only in terms of the appended claims and their equivalents.
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