DE102022131353A1 - Method for heating an optical element and optical system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Heizen eines optischen Elements in einem optischen System, insbesondere in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, sowie ein optisches System. Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren wird in das optische Element (200) zur Erzeugung einer thermisch induzierten Deformation eine Heizleistung unter Verwendung eines thermischen Manipulators (210) eingebracht, wobei diese Heizleistung vor Aufnahme eines Betriebs des optischen Systems, in welchem Nutzlicht auf das optische Element trifft, im Hinblick auf einen Sollzustand des optischen Elements eingestellt wird, in welchem erste optische Aberration wenigstens teilweise kompensiert wird, und wobei nach Aufnahme des Betriebs des optischen Systems eine Regelung der Heizleistung auf den Sollzustand in Abhängigkeit von der Wärmelast des auf das optische Element treffenden Nutzlichts erfolgt.The invention relates to a method for heating an optical element in an optical system, in particular in a microlithographic projection exposure system, and to an optical system. In a method according to the invention, a heating power is introduced into the optical element (200) using a thermal manipulator (210) to produce a thermally induced deformation, wherein this heating power is adjusted with regard to a target state of the optical element before starting operation of the optical system in which useful light strikes the optical element, in which first optical aberration is at least partially compensated, and wherein after starting operation of the optical system, the heating power is regulated to the target state depending on the heat load of the useful light striking the optical element.
Description
HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Heizen eines optischen Elements in einem optischen System, insbesondere in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, sowie ein optisches System.The invention relates to a method for heating an optical element in an optical system, in particular in a microlithographic projection exposure system, and to 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 microlithography 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 the illumination device is projected by the projection lens onto a substrate (e.g. a silicon wafer) coated with a light-sensitive layer (photoresist) and arranged in the image plane of the projection lens in order to transfer the mask structure onto the light-sensitive coating of the 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 e.g. about 13 nm or about 7 nm, mirrors are used as optical components for the imaging process due to the lack of availability of suitable light-transmitting refractive materials.
Ein in der Praxis auftretendes Problem ist, dass infolge von Fertigungsschwankungen der Spiegel sowie auch einer endlichen Präzision von beim Zusammenbau der Projektionsbelichtungsanlage durchzuführenden Montage- bzw. Justageprozessen unvermeidliche optische Aberrationen aufgrund vorhandener Abweichungen vom idealen Optikdesign resultieren. Zur Korrektur solcher (auch als „Kaltaberrationen“ bezeichneten) optischen Aberrationen ist es - neben der gezielten Aktuierung der jeweiligen Spiegel in ihren Starrkörper-Freiheitsgraden - ein möglicher Ansatz, die Spiegel unter Verwendung einer (z.B. Infrarotstrahlung einkoppelnden) Heizanordnung gezielt mit einem geeigneten Heizprofil zu beaufschlagen, um über die auf diese Weise erzielte thermisch induzierte Deformation eine Korrektur der optischen Kaltaberrationen zu erreichen.A problem that occurs in practice is that, as a result of manufacturing variations in the mirrors and the finite precision of the assembly and adjustment processes to be carried out when assembling the projection exposure system, unavoidable optical aberrations result due to existing deviations from the ideal optical design. In order to correct such optical aberrations (also known as "cold aberrations"), one possible approach - in addition to the targeted actuation of the respective mirrors in their rigid body degrees of freedom - is to apply a suitable heating profile to the mirrors using a heating arrangement (e.g. coupling in infrared radiation) in order to correct the optical cold aberrations via the thermally induced deformation achieved in this way.
Ein weiteres in der Praxis auftretendes Problem ist, dass die EUV-Spiegel u.a. infolge Absorption der von der EUV-Lichtquelle emittierten Strahlung eine (auch als „Mirror Heating“ bezeichnete) Erwärmung und eine damit einhergehende thermische Ausdehnung bzw. Deformation erfahren, welche wiederum eine Beeinträchtigung der Abbildungseigenschaften des optischen Systems zur Folge haben kann. Zur Vermeidung von durch Wärmeeinträge in einen EUV-Spiegel verursachten Oberflächendeformationen und damit einhergehenden optischen Aberrationen ist es unter anderem 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 (ZCT = „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 Abhängigkeit der thermischen Ausdehnung des Spiegelsubstratmaterials von auftretenden Temperaturvariationen gegeben ist. Des Weiteren kann durch Einsatz einer Heizanordnung (z.B. auf Basis von Infrarotstrahlung) 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.Another problem that occurs in practice is that the EUV mirrors experience heating (also known as "mirror heating") and associated thermal expansion or deformation as a result of absorption of the radiation emitted by the EUV light source, among other things, which in turn can impair the imaging properties of the optical system. In order to avoid surface deformations caused by heat input into an EUV mirror and the associated optical aberrations, it is known, among other things, 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 under the name ULE™ by Corning Inc., and to set the so-called zero crossing temperature (ZCT = "zero crossing temperature") in an area close to the optical effective surface. At this zero-crossing temperature, which for example is around ϑ = 30°C for ULE™, the thermal expansion coefficient has a zero crossing in its temperature dependence, in the vicinity of which there is no or only a negligible dependence of the thermal expansion of the mirror substrate material on temperature variations. Furthermore, by using a heating arrangement (e.g. based on infrared radiation) in phases of comparatively low absorption of EUV useful radiation, active mirror heating can take place, whereby this active mirror heating is reduced accordingly as the absorption of the EUV useful radiation increases.
Hierbei tritt nun in der Praxis das weitere Problem auf, dass die vorstehend beschriebenen Ansätze zur Korrektur von „Kaltaberrationen“ einerseits und zur Vermeidung von im Betrieb des optischen Systems durch die Beaufschlagung mit EUV- bzw. Nutzlicht im jeweiligen Spiegel (d.h. das „Mirror Heating“) induzierten Deformationen andererseits insofern gegenläufige bzw. einander widersprechende Anforderungen beinhalten, als - wie in dem schematischen Diagramm von
Auch bei Einstellung der von einem thermischen Manipulator in den Spiegel eingebrachten Heizleistung auf einen Sollzustand, in welchem neben den zu kompensierenden Kaltaberrationen bereits die im Betrieb des optischen Systems auf den Spiegel durch auftreffendes Nutzlicht wirkende Wärmelast berücksichtigt ist und bei dem insoweit - wie in
Zum Stand der Technik wird lediglich beispielhaft auf
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Heizen eines optischen Elements, insbesondere in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, sowie ein optisches System bereitzustellen, welche eine wirksame Vermeidung von durch Wärmeeinträge in dem optischen Element verursachten Oberflächendeformationen und damit einhergehenden optischen Aberrationen ermöglichen.It is an object of the present invention to provide a method for heating an optical element, in particular in a microlithographic projection exposure system, as well as an optical system, which enable an effective avoidance of surface deformations caused by heat input into the optical element and associated optical aberrations.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren bzw. das optische System gemäß den Merkmalen der nebengeordneten Patentansprüche gelöst.This object is achieved by the method or the optical system according to the features of the independent patent claims.
Gemäß einem Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Heizen eines optischen Elements in einem optischen System, insbesondere einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage,
- - wobei in das optische Element zur Erzeugung einer thermisch induzierten Deformation eine Heizleistung unter Verwendung eines thermischen Manipulators eingebracht wird;
- - wobei diese Heizleistung vor Aufnahme eines Betriebs des optischen Systems, in welchem Nutzlicht auf das optische Element trifft, im Hinblick auf einen Sollzustand des optischen Elements eingestellt wird, in welchem eine erste optische Aberration wenigstens teilweise kompensiert wird; und
- - wobei nach Aufnahme des Betriebs des optischen Systems eine Regelung der Heizleistung auf den Sollzustand in Abhängigkeit von der Wärmelast des auf das optische Element treffenden Nutzlichts erfolgt.
- - wherein a heating power is introduced into the optical element to produce a thermally induced deformation using a thermal manipulator;
- - wherein this heating power is adjusted before starting operation of the optical system in which useful light strikes the optical element with respect to a desired state of the optical element in which a first optical aberration is at least partially compensated; and
- - whereby, after the optical system has started operating, the heating power is regulated to the desired state depending on the heat load of the useful light striking the optical element.
Die erste optische Aberration kann insbesondere wenigstens teilweise fertigungs- oder justagebedingt sein. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt, so dass die erste optische Aberration auch durch andere Fehlerquellen verursacht sein kann.The first optical aberration can in particular be at least partially due to manufacturing or adjustment. However, the invention is not limited to this, so that the first optical aberration can also be caused by other sources of error.
Die Erfindung geht in Ausführungsformen zunächst von dem Ansatz aus, im Hinblick auf die eingangs erläuterte Grundproblematik gegenläufiger bzw. einander widersprechender Anforderungen an den für eine Korrektur von Kaltaberrationen favorisierten Temperaturbereich einerseits und den für eine Kompensation des Einflusses von „Mirror Heating“ favorisierten Temperaturbereich andererseits schon bei Festlegung eines geeigneten Satzes von Sollwerten der durch einen thermischen Manipulator in das optische Element eingebrachten Heizleistung bereits beide Aspekte „Korrektur von Kaltaberrationen“ und „Kompensation des Einflusses von Mirror Heating“ einzubeziehen. Dies erfolgt, indem bereits bei der Einstellung der Heizleistung zusätzlich zur Korrektur der o.g. „Kaltaberrationen“ die entsprechende Auswirkung der Heizleistung auf die im eigentlichen Betrieb des optischen Elements bzw. des dieses Element aufweisenden optischen Systems infolge auftreffenden Nutzlichts erzeugte optische Aberration (insbesondere im Wege einer „Co-Optimierung“) berücksichtigt wird.In embodiments, the invention is initially based on the approach of including both aspects of “correction of cold aberrations” and “compensation of the influence of mirror heating” when determining a suitable set of target values for the heating power introduced into the optical element by a thermal manipulator, in view of the basic problem explained at the beginning of opposing or contradictory requirements for the temperature range favored for correcting cold aberrations on the one hand and the temperature range favored for compensating for the influence of “mirror heating” on the other. This is done by taking into account the corresponding effect of the heating power on the optical aberration generated during the actual operation of the optical element or the optical system having this element as a result of incident useful light (in particular by means of “co-optimization”) when setting the heating power, in addition to correcting the above-mentioned “cold aberrations”.
Die Erfindung ist hinsichtlich der konkreten Ausgestaltung des thermischen Manipulators, also der Art und Weise der Einbringung von Heizleistung in das optische Element, nicht weiter eingeschränkt. Lediglich beispielhaft kann etwa die Einbringung der Heizleistung in für sich bekannter Weise über Infrarot (IR)-Strahler erfolgen, wobei insbesondere auch einzelne Sektoren durch die Einstellung entsprechender Heizprofile mit IR-Strahlung beaufschlagt werden können. Hierzu kann z.B. eine in
Dabei soll durch die Formulierung „Satz von Sollwerten“ zum Ausdruck kommen, dass der thermische Manipulator gegebenenfalls auch gezielt einzelne Sektoren durch die Einstellung entsprechender Heizprofile mit IR-Strahlung (z.B. mit der in
Die (z.B. fertigungs- oder justagebedingte) erste optische Aberration kann durch das optische Element selbst oder auch anderenorts im optischen System (z.B. durch ein anderes optisches Element) bewirkt werden.The first optical aberration (e.g. due to manufacturing or adjustment) can be caused by the optical element itself or elsewhere in the optical system (e.g. by another optical element).
Von dem o.g. Ansatz ausgehend liegt der Erfindung nun das weitere Konzept zugrunde, die wie zuvor beschrieben insbesondere im Hinblick auf die Korrektur von Kaltaberrationen zu Betriebsbeginn eingestellte Heizleistung des thermischen Manipulators im Betrieb des optischen Systems nicht etwa zeitlich konstant zu halten, sondern vielmehr in Abhängigkeit von der Wärmelast des auf das optische Element treffenden Nutzlichts nachzuregeln.Based on the above-mentioned approach, the invention is now based on the further concept of not keeping the heating power of the thermal manipulator, which as described above is set at the start of operation in particular with regard to the correction of cold aberrations, constant over time during operation of the optical system, but rather adjusting it depending on the heat load of the useful light striking the optical element.
Dabei unterscheidet sich das erfindungsgemäße Konzept in Ausführungsformen insbesondere von herkömmlichen Vorheiz-Ansätzen („Preheating“) dadurch, dass während des Betriebs des optischen Systems nicht etwa eine homogene bzw. konstante Temperaturverteilung innerhalb des optischen Elements bzw. Spiegels angestrebt wird, sondern vielmehr - unter Berücksichtigung vorhandener Kaltaberrationen - eine konstante Wellenfrontwirkung aufrechterhalten wird, was wiederum durch Erzeugung eines entsprechend inhomogenen Heizprofils innerhalb des Spiegels und gegebenenfalls auch durch Beibehaltung dieses inhomogenen Heizprofils unter Nutzlast im Wege einer Nachregelung der Heizleistung im laufenden Betrieb des optischen Systems erfolgen kann.In embodiments, the concept according to the invention differs in particular from conventional preheating approaches in that during operation of the optical system, a homogeneous or constant temperature distribution within the optical element or mirror is not sought, but rather - taking existing cold aberrations into account - a constant wavefront effect is maintained, which in turn can be achieved by generating a correspondingly inhomogeneous heating profile within the mirror and, if necessary, also by maintaining this inhomogeneous heating profile under payload by means of readjusting the heating power during operation of the optical system.
Die erfindungsgemäße Nachregelung der Heizleistung des thermischen Manipulators kann erfindungsgemäß wie im Weiteren beschrieben auf unterschiedliche Weise erfolgen. Die Erfindung umfasst insoweit zum einen Ausführungsformen mit einem temperaturbasierten Regelungskonzept, welches wiederum auf der Ermittlung einer mittleren Temperatur an der optischen Wirkfläche oder alternativ auch basierend auf einer Temperaturverteilung an der optischen Wirkfläche (bei welcher gegebenenfalls unterschiedliche Temperaturwerte für unterschiedliche Sektoren an der optischen Wirkfläche zugrundegelegt werden) basieren kann. Des Weiteren umfasst die Erfindung auch Ausführungsformen, bei welchen die erfindungsgemäße Nachregelung auf Basis einer (unter Verwendung wenigstens eines Wellenfrontsensors und/oder modellgestützt abgeschätzten) Wellenfrontwirkung des optischen Elements bzw. des zugehörigen optischen Systems erfolgt.The inventive readjustment of the heating power of the thermal manipulator can be carried out in different ways according to the invention, as described below. In this respect, the invention includes, on the one hand, embodiments with a temperature-based control concept, which in turn can be based on the determination of an average temperature on the optical effective surface or alternatively also based on a temperature distribution on the optical effective surface (in which different temperature values for different sectors on the optical effective surface are possibly used as a basis). Furthermore, the invention also includes embodiments in which the inventive readjustment is carried out on the basis of a wavefront effect of the optical element or the associated optical system (estimated using at least one wavefront sensor and/or based on a model).
Gemäß einer Ausführungsform weist das optische System wenigstens einen weiteren in einer Mehrzahl von Freiheitsgraden aktuierbaren Spiegel, insbesondere mehrere weitere jeweils in einer Mehrzahl von Freiheitsgraden aktuierbare Spiegel auf, wobei für die wenigstens teilweise Kompensation der ersten optischen Aberration die Gesamtheit dieser Freiheitsgrade genutzt wird.According to one embodiment, the optical system has at least one further mirror that can be actuated in a plurality of degrees of freedom, in particular a plurality of further mirrors that can each be actuated in a plurality of degrees of freedom, wherein the entirety of these degrees of freedom is used for the at least partial compensation of the first optical aberration.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt die Einstellung der Heizleistung vor Aufnahme des Betriebs des optischen Systems unter zusätzlicher Berücksichtigung der jeweiligen Auswirkung der Heizleistung auf eine zweite optische Aberration, die im nachfolgenden Betrieb des optischen Systems durch auf das optische Element treffendes Nutzlicht bewirkt wird. Mit anderen Worten wird vor Aufnahme des Betriebs des optischen Systems die Heizleistung wie bereits erwähnt im Sinne einer Co-Optimierung sowohl mit Blick auf die Kaltaberrationen als auch mit Blick auf das im nachfolgenden Betrieb durch die EUV-Last stattfindende „Mirror Heating“ eingestellt.According to one embodiment, the heating power is adjusted before the optical system starts operating, taking into account the respective effect of the heating power on a second optical aberration that is caused by useful light hitting the optical element during subsequent operation of the optical system. In other words, before the optical system starts operating, the heating power is adjusted, as already mentioned, in the sense of co-optimization both with regard to the cold aberrations and with regard to the "mirror heating" that occurs during subsequent operation due to the EUV load.
Gemäß einer Ausführungsform wird der Sollzustand durch einen thermalen Zustand des optischen Elements definiert.According to one embodiment, the target state is defined by a thermal state of the optical element.
Gemäß einer Ausführungsform wird der Sollzustand durch eine vom optischen System in einer Bildebene bereitgestellte Wellenfront definiert.According to one embodiment, the desired state is defined by a wavefront provided by the optical system in an image plane.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt die Regelung der Heizleistung derart, dass die mittlere Temperatur des optischen Elements bis auf eine maximale Abweichung von 0.5 K, insbesondere von maximal 0.2 K, konstant bleibt. Hierbei beinhaltet die Erfindung insbesondere das weitere Konzept, bei der Regelung dafür zu sorgen, dass die mittlere Temperatur des optischen Elements über die gesamte Zeitspanne von einem Anfangszustand - d.h. dem Zustand vor der Beaufschlagung mit (z.B. EUV-)Nutzlicht - bis zum Zustand während der Beaufschlagung mit (z.B. EUV-)Nutzlicht im Betrieb des optischen Systems im Wesentlichen konstant bleibt, um insoweit „Überschwinger“ zu vermeiden oder zumindest zu verringern. Diese Bedingung der zeitlichen Beibehaltung der mittleren Temperatur des optischen Elements kann dabei als Nebenbedingung in die Regelung der Heizleistung einfließen. Des Weiteren können hierbei auch unterschiedliche Beleuchtungssettings berücksichtigt werden. Mit anderen Worten kann für jedes Beleuchtungssetting der entsprechende Satz von Sollwerten für die Heizleistung des thermischen Manipulators bei der Regelung der Heizleistung so gewählt werden, dass jeweils die mittlere Temperatur des optischen Elements über die Zeitspanne vom Anfangszustand bzw. dem Zustand vor der Beaufschlagung mit (z.B. EUV-) Nutzlicht im Betrieb des optischen Systems bis zum Zustand während der Beaufschlagung mit (z.B. EUV-)Nutzlicht im Betrieb des optischen Systems gewahrt bleibt.According to one embodiment, the heating power is controlled in such a way that the average temperature of the optical element remains constant up to a maximum deviation of 0.5 K, in particular of a maximum of 0.2 K. In this case, the invention includes in particular the further concept of ensuring during control that the average temperature of the optical element remains essentially constant over the entire period from an initial state - i.e. the state before exposure to (e.g. EUV) useful light - to the state during exposure to (e.g. EUV) useful light during operation of the optical system, in order to avoid or at least reduce "overshoots". This condition of maintaining the average temperature of the optical element over time can be incorporated as a secondary condition in the control of the heating power. Furthermore, different lighting settings can also be taken into account here. In other words, for each lighting setting, the corresponding set of target values for the heating power of the thermal manipulator can be selected when controlling the heating power in such a way that the average temperature of the optical element is maintained over the period from the initial state or the state before exposure to (e.g. EUV) useful light during operation of the optical system to the state during exposure to (e.g. EUV) useful light during operation of the optical system.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt die Regelung der Heizleistung nach Aufnahme des Betriebs des optischen Systems auf Basis wenigstens einer unter Verwendung wenigstens einer Temperaturmesseinrichtung gemessenen Temperatur. Die Temperaturmesseinrichtung kann in beliebiger geeigneter Weise, z.B. als Temperatursensor oder auch Wärmebildkamera, ausgestaltet sein.According to one embodiment, the heating power is regulated after the optical system has started operating on the basis of at least one temperature measured using at least one temperature measuring device. The temperature measuring device can be designed in any suitable manner, e.g. as a temperature sensor or thermal imaging camera.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt die Regelung der Heizleistung nach Aufnahme des Betriebs des optischen Systems auf Basis wenigstens einer unter Verwendung wenigstens einer Temperaturmesseinrichtung abgeschätzten mittleren Temperatur an der optischen Wirkfläche des optischen Elements.According to one embodiment, the heating power is controlled after the optical system has started operating on the basis of at least one average temperature at the optical effective surface of the optical element estimated using at least one temperature measuring device.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt die Regelung der Heizleistung nach Aufnahme des Betriebs des optischen Systems auf Basis einer unter Verwendung einer oder mehrerer Temperaturmesseinrichtungen abgeschätzten Temperaturverteilung an der optischen Wirkfläche des optischen Elements.According to a further embodiment, the heating power is controlled after the optical system has started operating on the basis of a temperature distribution on the optical effective surface of the optical element estimated using one or more temperature measuring devices.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt die Abschätzung der Temperaturverteilung an der optischen Wirkfläche des optischen Elements aus von den Temperaturmesseinrichtungen gelieferten Messsignalen unter Verwendung eines Beobachters anhand eines Modells.According to one embodiment, the temperature distribution on the optical effective surface of the optical element is estimated from measurement signals supplied by the temperature measuring devices using an observer based on a model.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt die Regelung der Heizleistung nach Aufnahme des Betriebs des optischen Systems auf Basis einer Abschätzung der Wellenfrontwirkung des optischen Systems, insbesondere anhand eines Feed-Forward-Modells.According to one embodiment, the heating power is controlled after the optical system has started operating on the basis of an estimate of the wavefront effect of the optical system, in particular on the basis of a feed-forward model.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt diese Abschätzung der Wellenfrontwirkung des optischen Elements unter Verwendung wenigstens eines Wellenfrontsensors.According to one embodiment, this estimation of the wavefront effect of the optical element is carried out using at least one wavefront sensor.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt die Abschätzung der Wellenfrontwirkung des optischen Elements auf Basis von Sollwerten für die von dem thermischen Manipulator eingestellte Heizleistung.According to one embodiment, the wavefront effect of the optical element is estimated on the basis of setpoint values for the heating power set by the thermal manipulator.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt die Abschätzung der Wellenfrontwirkung des optischen Elements auf Basis einer Kombination von Wellenfront- und Temperaturmessungen.According to one embodiment, the estimation of the wavefront effect of the optical element is based on a combination of wavefront and temperature measurements.
Gemäß einer Ausführungsform werden in dem Feed-Forward-Modell Informationen über das verwendete Retikel, das verwendete Beleuchtungssetting und/oder Informationen aus einer Intensitätsmessung verwendet. Die Informationen über das verwendete Retikel können dabei insbesondere Informationen über das im Betrieb des optischen Systems durch Beugung des (z.B. EUV-)Nutzlichts an den Strukturen des Retikels erzeugte optische Fernfeld betreffen, welches durch optische Vorwärtssimulation ermittelt werden kann. Die Informationen aus einer Intensitätsmessung können insbesondere die Intensität der Strahlung des zur Erzeugung der Heizleistung verwendeten thermischen Manipulators (z.B. Infrarot-Lasers) betreffen.According to one embodiment, information about the reticle used, the lighting setting used and/or information from an intensity measurement is used in the feed-forward model. The information about the reticle used can in particular relate to information about the optical far field generated during operation of the optical system by diffraction of the (e.g. EUV) useful light on the structures of the reticle, which can be determined by optical forward simulation. The information from an intensity measurement can in particular relate to the intensity of the radiation of the thermal manipulator (e.g. infrared laser) used to generate the heating power.
Gemäß einer Ausführungsform wird die Regelung der Heizleistung auf Basis des Feed-Forward-Modells transient durchgeführt. Hierbei kann insbesondere die zur Einstellung des Sollzustandes bzw. der gewünschten Wellenfront geeignete Temperaturverteilung im optischen Element transient eingestellt bzw. zu unterschiedlichen Zeitpunkten im Betrieb des optischen Systems jeweils neu bestimmt werden.According to one embodiment, the control of the heating power is carried out transiently on the basis of the feed-forward model. In particular, the temperature distribution in the optical element suitable for setting the target state or the desired wavefront can be set transiently or re-determined at different times during operation of the optical system.
Gemäß einer Ausführungsform wird diese transiente Regelung auf Basis des Feed-Forward-Modells als modellprädiktive Regelung (= „model predictive control“) zur Berücksichtigung eines Wechsels des verwendeten Retikels und/oder des verwendeten Beleuchtungssettings durchgeführt. Mit anderen Worten kann einem Wechsel des verwendeten Retikels und/oder des verwendeten Beleuchtungssettings vorgegriffen werden, um insoweit das Auftreten von Überschwingern nach diesem Wechsel zu vermeiden.According to one embodiment, this transient control is carried out on the basis of the feed-forward model as model predictive control to take into account a change in the reticle used and/or the illumination setting used. In other words, a change in the reticle used and/or the illumination setting used can be anticipated in order to avoid the occurrence of overshoots after this change.
Gemäß einer Ausführungsform wird bei der Regelung eine Kombination aus einer Mehrzahl von Spiegeln genutzt, wobei diese Mehrzahl wenigstens einen Spiegel, in dem über eine Heizeinrichtung ein zu einer durch auf diesen Spiegel auftreffendes Nutzlicht bewirkten Temperaturverteilung komplementäres Heizprofil erzeugt wird, und wenigstens einen Spiegel, welcher zur Wellenfrontmanipulation aktiv deformiert wird, umfasst.According to one embodiment, a combination of a plurality of mirrors is used in the control, wherein this plurality comprises at least one mirror in which a heating device generates a heating profile complementary to a temperature distribution caused by useful light impinging on this mirror, and at least one mirror which is actively deformed for wavefront manipulation.
Gemäß einer Ausführungsform ist das optische Element ein Spiegel.According to one embodiment, the optical element is a mirror.
Gemäß einer Ausführungsform ist das optische Element für eine Arbeitswellenlänge von weniger als 400 nm, insbesondere weniger als 250 nm, weiter insbesondere weniger als 200 nm, ausgelegt.According to one embodiment, the optical element is designed for an operating wavelength of less than 400 nm, in particular less than 250 nm, further in particular less than 200 nm.
Gemäß einer Ausführungsform ist das optische Element für eine Arbeitswellenlänge von weniger als 30 nm, insbesondere weniger als 15 nm, ausgelegt.According to one embodiment, the optical element is designed for an operating wavelength of less than 30 nm, in particular less than 15 nm.
Die Erfindung betrifft weiter auch ein optisches System, insbesondere einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, mit
- - wenigstens einem optischen Element,
- - einem thermischen Manipulator zum Heizen dieses optischen Elements, und
- - einer Regelungseinheit zur Regelung der durch den thermischen Manipulator in das optische Element eingebrachten Heizleistung,
- - wobei diese Regelung auf Basis eines Sollzustandes, in welchem eine erste optische Aberration wenigstens teilweise kompensiert wird, und in Abhängigkeit von der Wärmelast des auf das optische Element treffenden Nutzlichts erfolgt.
- - at least one optical element,
- - a thermal manipulator for heating this optical element, and
- - a control unit for controlling the heating power introduced into the optical element by the thermal manipulator,
- - wherein this control is carried out on the basis of a target state in which a first optical aberration is at least partially compensated and as a function of the heat load of the useful light incident on the optical element.
Gemäß einer Ausführungsform ist die erste optische Aberration wenigstens teilweise fertigungs- oder justagebedingt.According to one embodiment, the first optical aberration is at least partially due to manufacturing or adjustment.
Gemäß einer Ausführungsform ist das optische System dazu konfiguriert, ein Verfahren mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen durchzuführen. Zu Vorteilen und weiteren bevorzugten Ausgestaltungen des optischen Systems wird auf die o.g. Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Bezug genommen.According to one embodiment, the optical system is configured to carry out a method with the features described above. For advantages and further preferred embodiments of the optical system, reference is made to the above-mentioned statements in connection with the method according to the invention.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.Further embodiments of the invention can be found in the description and the subclaims.
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 embodiments shown in the accompanying drawings.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung des möglichen Aufbaus einer für den Betrieb im EUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage; -
2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer möglichen Realisierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens; und -
3a-3b Diagramme zur Erläuterung eines der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden, prinzipiellen Problems.
-
1 a schematic representation of the possible structure of a microlithographic projection exposure system designed for operation in the EUV; -
2 a schematic representation to explain a possible implementation of a method according to the invention; and -
3a-3b Diagrams to explain a fundamental problem underlying the present invention.
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. Über einen thermischen Manipulator in Form einer Heizanordnung kann nun wie eingangs beschrieben in Phasen vergleichsweise geringer Absorption von EUV-Nutzstrahlung jeweils eine aktive Spiegelerwärmung erfolgen, wobei diese aktive Spiegelerwärmung mit steigender Absorption der EUV-Nutzstrahlung entsprechend zurückgefahren wird.During operation of the microlithographic
In
Des Weiteren ist die Erfindung hinsichtlich der Anzahl der zu heizenden optischen Elemente bzw. Spiegel nicht weiter eingeschränkt, so dass die erfindungsgemäße Regelung auf die Heizung lediglich eines einzigen optischen Elements oder auch auf die Heizung einer Mehrzahl von optischen Elementen angewendet werden kann.Furthermore, the invention is not further restricted with regard to the number of optical elements or mirrors to be heated, so that the control according to the invention can be applied to the heating of only a single optical element or also to the heating of a plurality of optical elements.
Den im Weiteren beschriebenen Ausführungsformen ist gemeinsam, dass die Einbringung einer Heizleistung in ein optisches Element bzw. einen Spiegel nicht nur unter (initialer) Einstellung auf einen Sollzustand unter Berücksichtigung sowohl von zu kompensierenden optischen Aberrationen infolge Fertigungs- oder Justagefehlern als auch gegebenenfalls unter Berücksichtigung der Auswirkungen der Heizleistung auf eine im nachfolgenden Betrieb durch „Mirror Heating“ bewirkte zweite optische Aberration erfolgt, sondern dass zusätzlich - nach Aufnahme des Betriebs des optischen Systems bzw. Beaufschlagung des optischen Elements mit Nutzlicht - auch eine Regelung der Heizleistung in Abhängigkeit von der Wärmelast des auf das optische Element treffenden Nutzlichts (d.h. der EUV-Strahlung) erfolgt.The embodiments described below have in common that the introduction of a heating power into an optical element or a mirror is not only carried out with (initial) adjustment to a target state, taking into account both optical aberrations to be compensated for as a result of manufacturing or adjustment errors and, if applicable, taking into account the effects of the heating power on a second optical aberration caused by "mirror heating" in subsequent operation, but that in addition - after the optical system has started operating or the optical element has been exposed to useful light - the heating power is also regulated depending on the heat load of the useful light (i.e. the EUV radiation) striking the optical element.
Insbesondere wird somit erfindungsgemäß berücksichtigt, dass in einer Projektionsbelichtungsanlage während des mikrolithographischen Belichtungsprozesses neben der z.B. über IR-Strahlung in einen Spiegel eingebrachten Heizleistung auch Nutzlicht in Form von EUV-Strahlung auf die Spiegeloberfläche einwirkt mit der Folge, dass sich die Spiegeltemperatur an der optischen Wirkfläche lokal und abhängig vom gewählten Beleuchtungssetting gegenüber dem ohne EUV-Strahlung vorhandenen Temperaturprofil erhöht, wie bereits anhand von
Zur Berücksichtigung dieses Effekts werden im Weiteren unterschiedliche Regelungskonzepte gemäß der Erfindung beschrieben, wobei zunächst unter Bezugnahme auf
In
In einer ersten Ausführungsform eines temperaturbasierten Regelungskonzepts gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Regelung der nach Aufnahme des Betriebs über den thermischen Manipulator 210 dem Spiegel 200 zugeführten Heizleistung auf Basis der abgeschätzten mittleren Temperatur an der optischen Wirkfläche (d.h. zunächst noch unter Verzicht auf eine ortsaufgelöste Bestimmung der Temperaturverteilung über mehrere Sektoren) erfolgen. Diesem Ansatz liegt die Überlegung zugrunde, dass in einer vereinfachten Betrachtung die vom Spiegel 200 absorbierte EUV-Strahlung 220 zu einer Erhöhung der mittleren Spiegeltemperatur führt:
Im Weiteren wird nun davon ausgegangen, dass der thermische Manipulator 210 insofern als „Sektorheizer“ ausgestaltet ist, als er die Einbringung von Heizleistung in den Spiegel 200 gezielt in unterschiedliche Sektoren (z.B. „211“ bis „214“ gemäß
Gemäß der ersten Ausführungsform kann nun nach Abschätzung der mittleren Temperatur an der optischen Wirkfläche des Spiegels 200 eine Regelung der Heizleistung dahingehend erfolgen, dass diese mittlere Temperatur während des Betriebs und der Einwirkung von EUV-Strahlung 220 auf den Spiegel 200 konstant gehalten wird. Dies kann alternativ zum einen in solcher Weise erfolgen, dass der thermische Manipulator 210 bzw. IR-Heizstrahler eine entsprechende homogene Erwärmung der optischen Wirkfläche ermöglicht, welche dann im Zuge der mit der EUV-Strahlung 220 einhergehenden Erhöhung der mittleren Spiegeltemperatur entsprechend heruntergeregelt werden kann. Alternativ kann auch über die einzelnen, vom als Sektorheizer ausgestalteten IR-Strahlungsheizer Heizleistung in solcher Weise subtrahiert werden, dass insgesamt eine Senkung der mittleren Temperatur an der optischen Wirkfläche unter Beibehaltung des inhomogenen Heizprofils, welches über den thermischen Manipulator 210 bzw. IR-Strahlungsheizer eingebracht wird, erzielt wird. Dies kann z.B. über einen globalen Skalierungsfaktor S gemäß
Alternativ kann auch eine Linearkombination von je Sektor eingebrachten Heizleistungen bestimmt werden, die eine möglichst homogene Temperaturerhöhung erzeugt und dann für die erfindungsgemäße Regelung verwendet werden kann. Anstelle eines globalen Skalierungsfaktors können auch andere geeignete mathematische Ansätze zur Reduzierung der mittleren Temperatur an der optischen Wirkfläche verwendet werden.Alternatively, a linear combination of heating powers applied to each sector can be determined, which produces a temperature increase that is as homogeneous as possible and can then be used for the control according to the invention. Instead of a global scaling factor, other suitable mathematical approaches can also be used to reduce the average temperature at the optical effective surface.
Zur Realisierung des vorstehend beschriebenen, temperaturbasierten Regelungskonzepts auf Basis der mittleren Temperatur an der optischen Wirkfläche wird vorzugsweise bereits bei initialer Einstellung der Heizleistung des thermischen Manipulators 210 (im Wege einer Co-Optimierung der entsprechenden Merit-Funktion sowohl im Hinblick auf Kaltaberrationen als auch im Hinblick auf „Mirror Heating“) ein hinreichend großer Offset der mittleren Temperatur an der optischen Wirkfläche vorgehalten. Mit anderen Worten sollte die gemäß dem entsprechend „co-optimierten“ Sollwert für die Heizleistung initial resultierende (mittlere) Temperatur an der optischen Wirkfläche in jedem Sektor in der Regel größer sein als die maximal durch EUV-Strahlung 220 bewirkte Temperatur in diesem Sektor. In Einzelfällen kann es, insbesondere abhängig vom konkreten Ausdehnungsverhalten des optischen Elementes (Lage der ZCT) sinnvoll sein, mit weniger als der maximal durch EUV-Strahlung 220 bewirkten Temperatur zu heizen.In order to implement the temperature-based control concept described above based on the average temperature at the optical effective surface, a sufficiently large offset of the average temperature at the optical effective surface is preferably already maintained when the heating power of the
Wie bereits erwähnt kann in weiteren Ausführungsformen das temperaturbasierte Regelungskonzept insofern erweitert werden, als die Temperatur für die einzelnen Sektoren 211, 212, 213, 214 an der optischen Wirkfläche gegenüber dem jeweiligen initialen Wert (d.h. der mit Betriebsaufnahme über den thermischen Manipulator 210 eingestellten Temperaturwert) zeitlich konstant gehalten wird. Damit wird nicht nur die mittlere Temperatur des Spiegels 200 zeitlich konstant gehalten, sondern es wird in erster Näherung auch die zur Korrektur der Kaltaberrationen gewünschte räumliche Temperaturverteilung konstant gehalten. Da typischerweise infolge von Randbedingungen im optischen System die Anzahl von in den Spiegel 200 integrierbaren Temperaturmesseinrichtungen 203a, 203b,... limitiert ist und mitunter N > K gilt (wobei N die Anzahl der Sektoren 211, 212,... und K die Anzahl der Temperaturmesseinrichtungen 203a, 203b,... bezeichnet), wird in Ausführungsformen der Erfindung vorzugsweise zusätzlich ein Beobachter 230 gemäß
In weiteren Ausführungsformen kann die erfindungsgemäße Regelung der über den thermischen Manipulator 210 in das optische Element bzw. den Spiegel 200 im Betrieb eingekoppelten Heizleistung auch wellenfrontbasiert erfolgen, d.h. das über den - wiederum insbesondere als Sektorheizer ausgestalteten - thermischen Manipulator 210 eingestellte Heizprofil wird direkt hinsichtlich der durch den Spiegel 200 bzw. das zugehörige optische System erzeugten Wellenfront optimiert. Dabei kann die jeweilige Erfassung bzw. Abschätzung der aktuellen Wellenfrontwirkung unter Verwendung eines (z.B. im Bereich der Waferstage angeordneten) Wellenfrontsensors sowie vorzugsweise unter zusätzlicher Heranziehung eines Feed-Forward-Modells erfolgen. Da bei diesem wellenfrontbasierten Ansatz nicht das Ziel verfolgt wird, die initiale (d.h. mit Betriebsaufnahme bzw. zu Beginn der Beaufschlagung des Spiegels 200 mit Nutzlicht bzw. EUV-Strahlung 220 eingestellte) Temperaturverteilung gemäß dem insbesondere zur Korrektur der Kaltaberrationen eingestellten Sollwert für die Heizleistung konstant zu halten, sondern das Ziel verfolgt wird, direkt die Wellenfrontwirkung des Spiegels konstant zu halten, können deutliche Abweichungen von der initialen Temperaturverteilung entstehen.In further embodiments, the inventive control of the heating power coupled into the optical element or
Die entsprechende wellenfrontbasierte Optimierung kann durch Minimierung einer Merit-Funktion erfolgen, bei welcher für eine vorgegebene Störung 5, eine Wellenfrontwirkung
Erfindungsgemäß wird nun diese Merit-Funktion zur transienten, wellenfrontbasierten „Co-Optimierung“ durch Vorhersage der durch den thermischen Manipulator bzw. Sektorheizer eingebrachten Wellenfrontwirkung
Die Störung 5 kann hierbei insbesondere über eine initiale Wellenfrontmessung bestimmt und anhand weiterer Wellenfrontmessungen wiederholt aktualisiert werden. Alternativ kann die Störung 5 auch durch Simulationen ermittelt werden. Die Verzögerung des Aufheiz- und Abkühlverhaltens des Sektorheizers kann in der Optimierung berücksichtigt werden. Ein Feed-Forward-Modell kann dazu genutzt werden, die jeweilige Wellenfrontwirkung auch zwischen den jeweiligen Wellenfrontmessungen vorherzusagen. Des Weiteren kann das Feed-Forward-Modell auch für eine modellbasierte prädiktive Regelung verwendet werden, um die über den thermischen Manipulator bzw. Sektorheizer eingebrachte Heizleistung bei einem anstehenden Setting-Wechsel bereits auf die neue EUV-Last vorzubereiten.
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 been described with reference to specific embodiments, numerous variations and alternative embodiments will become apparent to those skilled in the art, e.g. 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 included in the present invention, and the scope of the invention is limited only in accordance with the appended claims and their equivalents.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102019219289 A1 [0008, 0014, 0015, 0059]DE 102019219289 A1 [0008, 0014, 0015, 0059]
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