DE102022202241A1

DE102022202241A1 - Optisches system und projektionsbelichtungsanlage

Info

Publication number: DE102022202241A1
Application number: DE102022202241.6A
Authority: DE
Inventors: Andreas Hofmaier; Daniel Zemann; Vladimir Mitev; Ingo Gerhold; Mark Feygin
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2022-03-04
Filing date: 2022-03-04
Publication date: 2023-03-02

Abstract

Ein optisches System (100A, 100B, 100C) für eine Projektionsbelichtungsanlage (1), aufweisend ein optisches Element (102) mit einer optisch wirksamen Fläche (106), die dazu geeignet ist, Beleuchtungsstrahlung (16) zu reflektieren, und eine der optisch wirksamen Fläche (106) zugewandte Wärmesenke (114) zum Entziehen von durch die Beleuchtungsstrahlung (16) in die optisch wirksame Fläche (106) eingebrachter Wärme (Q) aus der optisch wirksamen Fläche (106), wobei eine Übertragung der Wärme (Q) von der optisch wirksamen Fläche (106) zu der Wärmesenke (114) nur mit Hilfe von Wärmestrahlung erfolgt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches System und eine Projektionsbelichtungsanlage mit einem derartigen optischen System.
Die Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise, angewendet. Der Mikrolithographieprozess wird mit einer Lithographieanlage durchgeführt, welche ein Beleuchtungssystem und ein Projektionssystem aufweist. Das Bild einer mittels des Beleuchtungssystems beleuchteten Maske (Retikel) wird hierbei mittels des Projektionssystems auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes und in der Bildebene des Projektionssystems angeordnetes Substrat, beispielsweise einen Siliziumwafer, projiziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen.
Getrieben durch das Streben nach immer kleineren Strukturen bei der Herstellung integrierter Schaltungen werden derzeit EUV-Lithographieanlagen entwickelt, welche Licht mit einer Wellenlänge im Bereich von 0,1 nm bis 30 nm, insbesondere 13,5 nm, verwenden. Bei solchen EUV-Lithographieanlagen müssen wegen der hohen Absorption der meisten Materialien von Licht dieser Wellenlänge reflektierende Optiken, das heißt Spiegel, anstelle von - wie bisher - brechenden Optiken, das heißt, Linsen, eingesetzt werden.
Das im Betrieb einer Lithographieanlage auf eine optisch wirksame Fläche eines derartigen Spiegels einfallende Licht wird nur teilweise an der optisch wirksamen Fläche reflektiert, so dass durch Absorption Energie in Form von Wärme in eine die optisch wirksame Fläche bildende Beschichtung eingebracht wird. Die eingebrachte Wärme ist aus dem Spiegel abzuführen, damit nicht zu starke Deformationen der optisch wirksamen Fläche entstehen.
Für eine Kühlung des Spiegels können grundsätzlich verschiedene aktive Kühlprinzipien, wie beispielsweise eine Wasserkühlung, eine Kühlung mit Hilfe von Peltier-Elementen oder dergleichen, angewandt werden. Diese vorgenannten Kühlprinzipien haben die Gemeinsamkeit, dass die eingebrachte Wärme von der optisch wirksamen Fläche mittels Wärmeleitung durch einen Grundkörper des Spiegels zu einem rückseitig an dem Grundkörper angebrachten Kühlelement, beispielsweise einem Peltier-Element, oder zu innerhalb des Grundkörpers vorgesehenen Kühlkanälen gelangen muss.
Der Spiegel steht damit in einem thermischen Gleichgewicht zwischen einer Wärmequelle, nämlich dem einfallenden Licht, und einer Wärmesenke, wie beispielsweise dem Kühlwasser oder einem Peltier-Element, das an einer Rückseite oder innerhalb des Grundkörpers angebracht sein kann. Die Wärmeleitung erfordert einen Temperaturgradient durch den Grundkörper, welcher wiederum zu Deformationen des Spiegels führen kann.
Bei der Durchleitung von Kühlwasser durch den Grundkörper können darüber hinaus unerwünschte Vibrationen (Engl.: Flow Induced Vibrations, FIV) in den Spiegel eingebracht werden. Eine weitere Herausforderung bei der Verwendung einer Wasserkühlung stellen Leitungen dar, mit welchen Wasser zu dem Spiegel hin und von dem Spiegel weg gefördert wird. Diese üben durch ihre Steifigkeit Kräfte auf den Grundkörper aus, was zu Spannungen in dem Grundkörper führen und die Abbildung verschlechtern kann. Dies gilt es zu verbessern.
Vor diesem Hintergrund besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein verbessertes optisches System bereitzustellen.
Demgemäß wird ein optisches System für eine Projektionsbelichtungsanlage vorgeschlagen. Das optische System umfasst ein optisches Element mit einer optisch wirksamen Fläche, die dazu geeignet ist, Beleuchtungsstrahlung zu reflektieren, und eine der optisch wirksamen Fläche zugewandte Wärmesenke zum Entziehen von durch die Beleuchtungsstrahlung in die optisch wirksame Fläche eingebrachter Wärme aus der optisch wirksamen Fläche, wobei eine Übertragung der Wärme von der optisch wirksamen Fläche zu der Wärmesenke nur mit Hilfe von Wärmestrahlung erfolgt.
Dadurch, dass die Übertragung der Wärme von der optisch wirksamen Fläche zu der Wärmesenke nur mit Hilfe von Wärmestrahlung erfolgt, ist es möglich, eine gleichmäßige Temperaturverteilung durch einen Grundkörper des optischen Elements zu erhalten. Ein berührender Kontakt zwischen der Wärmesenke und dem optischen Element ist aufgrund der Übertragung der Wärme mittels Wärmestrahlung verzichtbar. Strömungsbedingte Vibrationen können durch den Verzicht auf ein Durchleiten von Kühlwasser durch das optische Element zuverlässig vermieden werden.
Die Wärmesenke kann durch die Möglichkeit der zielgerichteten und lokalen Kühlung der optisch wirksamen Fläche auch als Manipulator eingesetzt werden, um die optisch wirksame Fläche gezielt zu deformieren. Insbesondere kann die Wärmesenke die optisch wirksame Fläche auch gleichmäßig kühlen, wobei zur Manipulation gezielt Wärme in vorbestimmte Bereiche der optisch wirksamen Fläche eingebracht werden kann. Für das gezielte Einbringen von Wärme können sogenannte Sektorheizer eingesetzt werden.
Das optische System kann eine Projektionsoptik oder Teil einer Projektionsoptik der Projektionsbelichtungsanlage sein. Daher kann das optische System auch als Projektionsoptik bezeichnet werden. Das optische System kann jedoch auch eine Beleuchtungsoptik oder Teil einer Beleuchtungsoptik der Projektionsbelichtungsanlage sein. Das optische Element ist insbesondere ein Spiegel. Bevorzugt ist das optische Element ein EUV-Spiegel. Die Beleuchtungsstrahlung ist insbesondere EUV-Strahlung.
Die optisch wirksame Fläche ist bevorzugt eine Spiegelfläche. Die optisch wirksame Fläche kann durch eine Beschichtung hergestellt werden, die auf den Grundkörper des optischen Elements aufgebracht ist. Der Grundkörper kann ein Glasblock, ein Glaskeramikblock, ein Siliziumblock oder dergleichen sein. Der Grundkörper kann als Spiegelsubstrat bezeichnet werden. Insbesondere reflektiert die optisch wirksame Fläche nur einen Teil der Beleuchtungsstrahlung. Ein nicht reflektierter Teil der Beleuchtungsstrahlung wird hingegen von der optisch wirksamen Fläche absorbiert, wodurch Wärme in die optisch wirksame Fläche und damit in den Grundkörper beziehungsweise in das optische Element eingebracht wird.
Unter einer „Wärmesenke“ ist vorliegend allgemein ein Bauteil oder eine Fläche zu verstehen, welches oder welche dazu eingerichtet ist, aus einer Umgebung Wärme aufzunehmen beziehungsweise der Umgebung Wärme zu entziehen. Die Wärmesenke weist im Vergleich zu der optisch wirksamen Fläche daher eine reduzierte Temperatur auf, so dass zwischen der optisch wirksamen Fläche und der Wärmesenke ein Temperaturgradient entsteht, entlang welchem Wärme von der optisch wirksamen Fläche auf die Wärmesenke übertragen wird. Das optische Element beziehungsweise die optisch wirksame Fläche wird hierdurch gekühlt. „Kühlen“ bedeutet vorliegend, dass dem optischen Element beziehungsweise der optisch wirksamen Fläche Wärme entzogen wird. Die Wärmesenke selbst kann durch ein gekühltes Bauteil, beispielsweise ein Peltier-Element oder eine Wasserkühlung, verwirklicht werden.
Dass die optisch wirksame Fläche der Wärmesenke „zugewandt“ ist, bedeutet vorliegend insbesondere, dass die Wärmesenke von der optisch wirksamen Fläche aus betrachtet sichtbar ist. Umgekehrt ist von der Wärmesenke aus betrachtet die optisch wirksame Fläche sichtbar. Zwischen der optisch wirksamen Fläche und der Wärmesenke ist ein Zwischenraum oder Spalt vorgesehen. Die Wärme wird mit Hilfe von Wärmestrahlung, insbesondere Infrarotstrahlung, von der optisch wirksamen Fläche durch den Zwischenraum auf die Wärmesenke übertragen. Ein berührender Kontakt zwischen dem optischen Element und der Wärmesenke ist nicht erforderlich. Die Wärmesenke entzieht der optisch wirksamen Fläche die Wärme somit berührungsfrei oder kontaktfrei beziehungsweise berührungslos oder kontaktlos.
Die durch die Beleuchtungsstrahlung in die optisch wirksame Fläche und damit in das optische Element eingebrachte Wärme wird mit Hilfe der Wärmesenke aus dem Grundkörper beziehungsweise dem optischen Element entzogen. Die Wärme wird dabei ausschließlich oder nur mit Hilfe von Wärmestrahlung übertragen. Die Wärmestrahlung kann Infrarotstrahlung sein. Die Begriffe „Strahlung“ und „Wärmestrahlung“ können vorliegend beliebig gegeneinander getauscht werden. Das Entziehen der Wärme aus der optisch wirksamen Fläche erfolgt bevorzugt im Beleuchtungsbetrieb des optischen Systems beziehungsweise der Projektionsbelichtungsanlage.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das optische System ferner ein das optische Element umschließendes Minienvironment, wobei das Minienvironment selbst als Wärmesenke fungiert.
Unter einem „Minienvironment“ oder „Mini-Environment“ ist vorliegend ein abgeschlossener Teil des optischen Systems zu verstehen, in dem definierte Umgebungsbedingungen, insbesondere ein definierter Druck und/oder eine definierte Partikelbelastung, hergestellt werden können. Als Minienvironment wird insbesondere ein Gehäuse bezeichnet, in dem sich das optische Element befindet. Das Minienvironment umschließt ein Volumen, in dem das optische Element angeordnet ist. Insbesondere kann das Minienvironment einen Strahlengang, dem die Beleuchtungsstrahlung durch das optische System folgt, umschließen oder einkapseln. In dem Minienvironment können mehrere optische Elemente des optischen Systems aufgenommen sein. Das Minienvironment kann dadurch selbst als Wärmesenke fungieren, dass eine Temperatur des Minienvironments im Vergleich zu der optisch wirksamen Fläche zumindest teilweise oder abschnittsweise heruntergesetzt wird. Das Minienvironment kann auch als Miniumgebung bezeichnet werden. Innerhalb des Minienvironments, das heißt in dem von dem Minienvironment umschlossenen Volumen, kann eine Wasserstoffatmosphäre vorgesehen sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Wärmesenke Teil des Minienvironments, insbesondere eine an dem Minienvironment vorgesehene Beschichtung.
Das Minienvironment umkapselt das optische Element. Die Wärmesenke und das Minienvironment können identisch sein. In diesem Fall wirkt das gesamte Minienvironment als Wärmesenke. Alternativ können auch nur bestimmte Bereiche des Minienvironments als Wärmesenke fungieren. Diese als Wärmesenke fungierenden Bereiche können beispielsweise mit einer wie zuvor erwähnten Beschichtung beschichtet sein. Diese Beschichtung weist vorzugsweise eine hohe Emissivität auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das optische System ferner einen Sektorheizer zum lokalen Einbringen von Wärme in die optisch wirksame Fläche.
Über die optisch wirksame Fläche wird die Wärme in das optische Element, insbesondere in den Grundkörper, eingebracht. Der Sektorheizer kann beispielsweise ein Infrarotstrahler sein. Der Sektorheizer kann verfahrbar oder verlagerbar sein, so dass beliebige Punkte oder Bereiche der optisch wirksamen Fläche angefahren und lokal beheizt werden können. Hierzu können ein Stellelement oder mehrere Stellelemente, beispielsweise in Form eines Linearmotors, zum Verlagern des Sektorheizers vorgesehen sein. Mit Hilfe des Sektorheizers kann somit die optisch wirksame Fläche abgetastet oder abgescannt werden. Es können mehrere Sektorheizer vorgesehen sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das optische System ferner ein Abdeckelement, das zwischen der Wärmesenke und der optische wirksamen Fläche anordenbar ist, um die Wärmesenke von der optisch wirksamen Fläche aus betrachtet zumindest teilweise abzudecken.
Mit Hilfe des Abdeckelements ist es somit möglich, das Entziehen der Wärme zu steuern oder zu manipulieren. Das Abdeckelement kann jalousieförmig sein. Daher kann das Abdeckelement auch als Abdeckjalousie bezeichnet werden. Es können mehrere unterschiedliche Abdeckelemente vorgesehen sein. Das Abdeckelement kann auch geeignet sein, den zuvor erwähnten Sektorheizer teilweise oder vollständig abzudecken oder abzuschirmen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Abdeckelement verlagerbar, so dass das Abdeckelement in einen zwischen der Wärmesenke und der optisch wirksamen Fläche vorgesehenen Zwischenraum hineinverlagerbar und aus diesem herausverlagerbar ist.
Der Zwischenraum kann auch als Spalt oder Abstand bezeichnet werden. Zum Verlagern des Abdeckelements können ein Stellelement oder mehrere Stellelemente, beispielsweise in Form eines Linearmotors oder dergleichen, vorgesehen sein. Das Abdeckelement kann somit derart zwischen die Wärmesenke und die optisch wirksame Fläche hineingefahren werden, dass das Abdeckelement die Wärmesenke von der optisch wirksamen Fläche aus betrachtet vollständig oder teilweise abdeckt. Dies ermöglicht ein Manipulieren oder Steuern der Wärmeübertragung zwischen der optisch wirksamen Fläche und der Wärmesenke.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Wärmesenke zumindest ein Kühlelement auf, das dazu eingerichtet ist, der optisch wirksamen Fläche lokal Wärme zu entziehen.
Im Vergleich zu dem Fall, in dem das Minienvironment als Wärmesenke fungiert, kann mit Hilfe des Kühlelements die optisch wirksame Fläche nicht global, sondern lokal gekühlt werden. „Global“ heißt vorliegend, dass die gesamte optisch wirksame Fläche gekühlt wird. „Lokal“ heißt hingegen, dass nur bestimmte Bereiche oder Punkte der optisch wirksamen Fläche gekühlt werden. Zusätzlich kann mit Hilfe des zuvor erwähnten Sektorheizers lokal Wärme in die optisch wirksame Fläche eingebracht werden. Hierdurch ist es möglich, die optisch wirksame Fläche gezielt zu temperieren.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Kühlelement verlagerbar, so dass die optisch wirksame Fläche mit Hilfe des Kühlelements abtastbar ist, um der gesamten optisch wirksamen Fläche Wärme zu entziehen.
„Abtastbar“ bedeutet vorliegend, dass das Kühlelement mit einem Abstand über die optisch wirksame Fläche verfahren werden kann, um diese zu scannen oder abzuscannen. Zum Verlagern des Kühlelements können ein Stellelement oder mehrere Stellelemente, beispielsweise in der Form eines Linearmotors, vorgesehen sein. Insbesondere ist das Kühlelement in zumindest zwei Raumrichtungen bewegbar. Hierdurch ist es möglich, die optisch wirksame Fläche abzutasten. Mit Hilfe des Kühlelements kann die optisch wirksame Fläche zeilenförmig abgefahren, abgetastet oder abgescannt werden. Das Abtasten kann im Beleuchtungsbetrieb erfolgen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind mehrere Kühlelemente vorgesehen.
Die Anzahl der Kühlelemente ist grundsätzlich beliebig. Alle Kühlelemente zusammen können die Wärmesenke bilden. Zusätzlich kann auch das Minienvironment oder ein Teil des Minienvironments als Wärmesenke fungieren. Für den Fall, dass mehrere Kühlelemente vorgesehen sind, können diese matrixartig oder musterartig angeordnet werden. „Matrixartig“ oder „musterartig“ bedeutet vorliegend, dass die Kühlelemente in Zeilen und Spalten angeordnet sein können. Zusätzlich zu den Kühlelementen können auch mehrere Sektorheizer vorgesehen sein. Die Kühlelemente und die Sektorheizer können abwechselnd in einer matrixartigen Anordnung angeordnet sein. Sowohl die Kühlelemente als auch die Sektorheizer können verfahrbar oder verlagerbar sein.
Ferner wird eine Projektionsbelichtungsanlage mit einem derartigen optischen System vorgeschlagen.
Das optische System ist bevorzugt eine Projektionsoptik der Projektionsbelichtungsanlage. Das optische System kann jedoch auch ein Beleuchtungssystem sein. Die Projektionsbelichtungsanlage kann eine EUV-Lithographieanlage sein. EUV steht für „Extreme Ultraviolet“ und bezeichnet eine Wellenlänge des Arbeitslichts zwischen 0,1 nm und 30 nm. Die Projektionsbelichtungsanlage kann auch eine DUV-Lithographieanlage sein. DUV steht für „Deep Ultraviolet“ und bezeichnet eine Wellenlänge des Arbeitslichts zwischen 30 nm und 250 nm.
„Ein“ ist vorliegend nicht zwingend als beschränkend auf genau ein Element zu verstehen. Vielmehr können auch mehrere Elemente, wie beispielsweise zwei, drei oder mehr, vorgesehen sein. Auch jedes andere hier verwendete Zählwort ist nicht dahingehend zu verstehen, dass eine Beschränkung auf genau die genannte Anzahl von Elementen gegeben ist. Vielmehr sind zahlenmäßige Abweichungen nach oben und nach unten möglich, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
Die für das optische System beschriebenen Ausführungsformen und Merkmale gelten für die vorgeschlagene Projektionsbelichtungsanlage entsprechend und umgekehrt.
Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.

1 zeigt einen schematischen Meridionalschnitt einer Projektionsbelichtungsanlage für die EUV-Projektionslithographie;
2 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines optischen Systems für die Projektionsbelichtungsanlage gemäß 1;
3 zeigt eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines optischen Systems für die Projektionsbelichtungsanlage gemäß 1; und
4 zeigt eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines optischen Systems für die Projektionsbelichtungsanlage gemäß 1.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist. Ferner sollte beachtet werden, dass die Darstellungen in den Figuren nicht notwendigerweise maßstabsgerecht sind.
1 zeigt eine Ausführungsform einer Projektionsbelichtungsanlage 1 (Lithographieanlage), insbesondere einer EUV-Lithographieanlage. Eine Ausführung eines Beleuchtungssystems 2 der Projektionsbelichtungsanlage 1 hat neben einer Licht- beziehungsweise Strahlungsquelle 3 eine Beleuchtungsoptik 4 zur Beleuchtung eines Objektfeldes 5 in einer Objektebene 6. Bei einer alternativen Ausführung kann die Lichtquelle 3 auch als ein zum sonstigen Beleuchtungssystem 2 separates Modul bereitgestellt sein. In diesem Fall umfasst das Beleuchtungssystem 2 die Lichtquelle 3 nicht.
Belichtet wird 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 Koordinatensystem mit einer x-Richtung x, einer y-Richtung y und einer z-Richtung z eingezeichnet. Die x-Richtung x verläuft senkrecht in die Zeichenebene hinein. Die y-Richtung y verläuft horizontal und die z-Richtung z verläuft vertikal. Die Scanrichtung verläuft in der 1 längs der y-Richtung y. Die z-Richtung z 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 y verlagerbar. Die Verlagerung einerseits des Retikels 7 über den Retikelverlagerungsantrieb 9 und andererseits des Wafers 13 über den Waferverlagerungsantrieb 15 kann synchronisiert zueinander erfolgen.
Bei der Lichtquelle 3 handelt es sich um eine EUV-Strahlungsquelle. Die Lichtquelle 3 emittiert insbesondere EUV-Strahlung 16, welche im Folgenden auch als Nutzstrahlung, Beleuchtungsstrahlung oder Beleuchtungslicht bezeichnet wird. Die Nutzstrahlung 16 hat insbesondere eine Wellenlänge im Bereich zwischen 5 nm und 30 nm. Bei der Lichtquelle 3 kann es sich um eine Plasmaquelle handeln, zum Beispiel um eine LPP-Quelle (Engl.: Laser Produced Plasma, mit Hilfe eines Lasers erzeugtes Plasma) oder um eine DPP-Quelle (Engl.: Gas Discharged Produced Plasma, mittels Gasentladung erzeugtes Plasma). Es kann sich auch um eine synchrotronbasierte Strahlungsquelle handeln. Bei der Lichtquelle 3 kann es sich um einen Freie-Elektronen-Laser (Engl.: Free-Electron-Laser, FEL) handeln.
Die Beleuchtungsstrahlung 16, die von der Lichtquelle 3 ausgeht, wird von einem Kollektor 17 gebündelt. Bei dem Kollektor 17 kann es sich um einen Kollektor mit einer oder mit mehreren ellipsoidalen und/oder hyperboloiden Reflexionsflächen handeln. Die mindestens eine Reflexionsfläche des Kollektors 17 kann im streifenden Einfall (Engl.: 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 Lichtquelle 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 Umlenkspiegel 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 auch als Feldfacetten bezeichnet werden können. Von diesen ersten 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 y.
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 Wabenkondensor (Engl.: 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. Insbesondere kann der zweite Facettenspiegel 22 gegenüber einer Pupillenebene der Projektionsoptik 10 verkippt angeordnet sein, wie es zum Beispiel in der DE 10 2017 220 586 A1 beschrieben ist.
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 Beleuchtungsstrahlung 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, Grazing 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 ersten Facettenspiegel 20 und den zweiten Facettenspiegel 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 anderen Anzahl von Spiegeln Mi sind ebenso möglich. Bei der Projektionsoptik 10 handelt es sich um eine doppelt obskurierte Optik. Der vorletzte Spiegel M5 und der letzte Spiegel M6 haben jeweils eine Durchtrittsöffnung für die Beleuchtungsstrahlung 16. 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, hochreflektierende 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 y 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 y 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 x, y auf. Die beiden Abbildungsmaßstäbe βx, βy der Projektionsoptik 10 liegen bevorzugt bei (βx, 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 x, das heißt in Richtung senkrecht zur Scanrichtung, zu einer Verkleinerung im Verhältnis 4:1.
Die Projektionsoptik 10 führt in y-Richtung y, 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 x, y, 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 x, y 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 x, y sind bekannt aus der US 2018/0074303 A1 .
Jeweils eine der zweiten Facetten 23 ist genau einer der ersten Facetten 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 ersten Facetten 21 in eine Vielzahl an Objektfeldern 5 zerlegt. Die ersten Facetten 21 erzeugen eine Mehrzahl von Bildern des Zwischenfokus auf den diesen jeweils zugeordneten zweiten Facetten 23.
Die ersten Facetten 21 werden jeweils von einer zugeordneten zweiten Facette 23 einander überlagernd zur Ausleuchtung des Objektfeldes 5 auf das Retikel 7 abgebildet. Die Ausleuchtung des Objektfeldes 5 ist insbesondere möglichst homogen. Sie weist vorzugsweise einen Uniformitätsfehler von weniger als 2 % auf. Die Felduniformität kann über die Überlagerung unterschiedlicher Beleuchtungskanäle erreicht werden.
Durch eine Anordnung der zweiten Facetten 23 kann geometrisch die Ausleuchtung der Eintrittspupille der Projektionsoptik 10 definiert werden. Durch Auswahl der Beleuchtungskanäle, insbesondere der Teilmenge der zweiten Facetten 23, die Licht führen, kann die Intensitätsverteilung in der Eintrittspupille der Projektionsoptik 10 eingestellt werden. Diese Intensitätsverteilung wird auch als Beleuchtungssetting oder Beleuchtungspupillenfüllung 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 zweiten Facettenspiegel 22 nicht exakt ausleuchten. Bei einer Abbildung der Projektionsoptik 10, welche das Zentrum des zweiten Facettenspiegels 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 zweite Facettenspiegel 22 in einer zur Eintrittspupille der Projektionsoptik 10 konjugierten Fläche angeordnet. Der erste Facettenspiegel 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 schematische Ansicht einer Ausführungsform eines optischen Systems 100A für die Projektionsbelichtungsanlage 1. Das optische System 100A kann eine wie zuvor erwähnte Projektionsoptik 10 oder Teil einer derartigen Projektionsoptik 10 sein. Daher kann das optische System 100A auch als Projektionsoptik bezeichnet werden. Das optische System 100A kann auch eine wie zuvor erwähnte Beleuchtungsoptik 4 oder Teil einer derartigen Beleuchtungsoptik 4 sein. Nachfolgend wird jedoch davon ausgegangen, dass das optische System 100A Teil der Projektionsoptik 10 ist.
Das optische System 100A umfasst zumindest ein optisches Element 102. Das optische Element 102 kann ein Spiegel sein. Beispielsweise kann das optische Element 102 einer der Spiegel M1 bis M6 sein. Das optische Element 102 kann einen zylinderförmigen Grundkörper 104 aufweisen. Der Grundkörper 104 kann ein Glasblock, ein Glaskeramikblock, ein Siliziumblock oder dergleichen sein. In der Orientierung der 2 vorderseitig an dem Grundkörper 104 ist eine optisch wirksame Fläche 106 vorgesehen.
Die optisch wirksame Fläche 106 ist eine Spiegelfläche. Die optisch wirksame Fläche 106 ist geeignet, Beleuchtungsstrahlung 16 zu reflektieren. Im vorliegenden Beispiel fällt die Beleuchtungsstrahlung 16 in einem sehr flachen Winkel auf die optisch wirksame Fläche 106 ein. Es kann daher von einem streifenden Einfall (Engl.: Grazing Incidence, GI) gesprochen werden. Das optische Element 102 kann somit ein GI-Spiegel sein. Die optisch wirksame Fläche 106 kann eine an dem Grundkörper 104 vorgesehene Beschichtung sein. Der optisch wirksamen Fläche 106 abgewandt umfasst der Grundkörper 104 eine Rückseite 108. Die Rückseite 108 weist keine reflektierenden Eigenschaften auf.
Dem optischen Element 102 ist ein sogenanntes Minienvironment 110 zugeordnet. Unter einem „Minienvironment“ ist vorliegend ein abgeschlossener Teil des optischen Systems 100A zu verstehen, in dem definierte Umgebungsbedingungen, insbesondere ein definierter Druck und/oder eine definierte Partikelbelastung, hergestellt werden können. Das Minienvironment 110 kann auch als Miniumgebung bezeichnet werden.
Als „Minienvironment“ wird insbesondere ein Gehäuse bezeichnet, in dem sich das optische Element 102 befindet. Das nur sehr stark schematisiert gezeigte Minienvironment 110 umschließt oder umkapselt ein Volumen 112. Insbesondere kann das Minienvironment 110 einen Strahlengang, dem die Beleuchtungsstrahlung 16 durch das optische System 100A folgt, umschließen oder einkapseln. Das Minienvironment 110 kann mehrere optische Elemente 102 umschließen.
Bei einem Einsatz des optischen Systems 100A in oder an der Projektionsbelichtungsanlage 1 sind sehr hohe Genauigkeitsanforderungen zu erfüllen. Die auf die optisch wirksame Fläche 106 einfallende Beleuchtungsstrahlung 16 wird nur teilweise reflektiert, so dass durch Absorption Energie in Form von Wärme Q in die die optisch wirksame Fläche 106 bildende Beschichtung eingebracht wird. Die eingebrachte Wärme Q ist aus dem optischen Element 102 abzuführen, damit nicht zu starke Deformationen der optisch wirksamen Fläche 106 entstehen. Da innerhalb des Minienvironments 110, das heißt in dem Volumen 112, annähernd ein Vakuum herrscht, ist eine Kühlung durch Konvektion stark unterdrückt.
Für eine Kühlung des optischen Elements 102 können grundsätzlich verschiedene aktive Kühlprinzipien, wie beispielsweise eine Wasserkühlung, eine Kühlung mit Hilfe von Peltier-Elementen oder dergleichen, angewandt werden. Diese vorgenannten Kühlprinzipien haben die Gemeinsamkeit, dass die eingebrachte Wärme Q von der optisch wirksamen Fläche 106 mittels Wärmeleitung durch den Grundkörper 104 zu einem jeweiligen Kühlelement gelangen muss, das an der Rückseite 108 oder im Falle einer Wasserkühlung innerhalb des Grundkörpers 104 vorgesehen ist.
Das optische Element 102 steht damit in einem thermischen Gleichgewicht zwischen einer Wärmequelle, nämlich der Beleuchtungsstrahlung 16, und einer Wärmesenke, wie beispielsweise dem Kühlwasser oder einem Peltier-Element, das an der Rückseite 108 angebracht ist. Die Wärmeleitung erfordert einen Temperaturunterschied, insbesondere einen Temperaturgradient in der z-Richtung z durch den Grundkörper 104, welcher wiederum zu Deformationen des optischen Elements 102 führen kann. Bei der Durchleitung von Kühlwasser durch den Grundkörper 104 können darüber hinaus unerwünschte Vibrationen (Engl.: Flow Induced Vibrations, FIV) in das optische Element 102 eingebracht werden. Dies gilt es zu verbessern.
Um dem optischen Element 102 Wärme Q zu entziehen, kann die optisch wirksame Fläche 106 selbst durch Strahlung oder Wärmestrahlung gekühlt werden. Mit anderen Worten wird der optisch wirksamen Fläche 106 mit Hilfe einer in der Orientierung der 2 oberhalb der optisch wirksamen Fläche 106 angeordneten Wärmesenke 114 Wärme Q entzogen. Die Begriffe „Strahlung“ und „Wärmestrahlung“ können dabei vorliegend beliebig gegeneinander getauscht werden. Zwischen der optisch wirksamen Fläche 106 und der Wärmesenke 114 ist ein Spalt oder Zwischenraum Z vorgesehen.
Die Wärmesenke 114 kann das Minienvironment 110 oder Teil des Minienvironments 110 sein. Die Wärmesenke 114 kann insbesondere eine Wand oder Teil einer Wand des Minienvironments 110 sein. Mit Hilfe der Wärmesenke 114 kann das gesamte Minienvironment 110 heruntergekühlt werden. Insbesondere kann die Wärmesenke 114 eine an dem Minienvironment 110 vorgesehene Beschichtung mit hoher Emissivität sein. Insbesondere wirkt das Minienvironment 110 in diesem Fall selbst als Wärmesenke 114.
Mit Hilfe der Wärmesenke 114 wird die Temperatur des Minienvironments 110 abgesenkt. Anders ausgedrückt verringert ein kaltes Minienvironment 110 den Einfall von Infrarotstrahlung auf das optische Element 102 aus allen Raumrichtungen außer einer Einfallsrichtung der Beleuchtungsstrahlung 16 aus den Raumrichtungen, die von dem Minienvironment 110 bezüglich der optisch wirksamen Fläche 106 abgedeckt werden. Das optische Element 102 als Infrarotstrahler kann so Wärme Q an das Minienvironment 110, insbesondere an die Wärmesenke 114, abgeben.
Die Wärmesenke 114 und die Wärmequelle in Form der an der optisch wirksamen Fläche 106 absorbierten Beleuchtungsstrahlung 16 wirken so beide auf die optisch wirksame Fläche 106, womit Deformationen des optischen Elements 102, insbesondere der optisch wirksamen Fläche 106, verhindert oder zumindest verringert werden.
Die von der Beleuchtungsstrahlung 16 eingetragene Wärme Q ist dabei nicht zwingend gleichmäßig über die optisch wirksame Fläche 106 verteilt. Mit Hilfe von sogenannten Sektorheizern 116, von denen in der 2 nur einer gezeigt ist, kann auch zusammen mit dem vorgeschlagenen Kühlprinzip eine gleichmäßige Verteilung der eingebrachten Wärme Q über die optisch wirksame Fläche 106 erzielt werden.
Mit anderen Worten ist der Sektorheizer 116 dazu eingerichtet, lokal Wärme Q in die optisch wirksame Fläche 106 einzubringen, so dass diese gleichmäßig erwärmt wird. Es kann somit mit Hilfe der Beleuchtungsstrahlung 16 und des Sektorheizers 116 Wärme Q in die optisch wirksame Fläche 106 eingebracht werden, wobei die Wärmesenke 114 gleichzeitig Wärme Q entzieht. Ungleichmäßigkeiten des Eintrags von Wärme Q in die optisch wirksame Fläche 106 können durch ein gezieltes Heizen mittels eines oder mehrerer Sektorheizer 116 geglättet werden.
Um die mögliche Kühlleistung grob abzuschätzen, werden die nachfolgenden Überlegungen getroffen. Die totale - über die Wellenlängen integrierte - abgestrahlte Leistung pro Flächeneinheit für einen beliebigen Körper lässt sich wie folgt ausdrücken: $j = ε * σ * T^{4}$
Dabei ist 0 < ε ≤ 1 der Emissionsgrad, σ = 5,670374 * 10^-8Wm^-2K^-4 die Stefan-Boltzmann-Konstante und T die Temperatur.
Daraus folgt, dass eine radiative Kühlleistung pro Flächeneinheit P von ungefähr $P \approx σ * g * (ε_{S} * T_{S}^{4} - ε_{K} * T_{K}^{4})$
erzielt werden kann. Hier steht „S“ für das optische Element 102, „K“ für die Wärmesenke 114 und g ist ein ortsabhängiger geometrischer Faktor, der relative Positionen und Orientierungen der betrachteten Flächen, nämlich der optisch wirksamen Fläche 106 und der Wärmesenke 114, zueinander berücksichtigt.
In einem einfachen Fall von ε_s = ε_K = 0,5 und g ≈ 0,5 kann für realisierbare Temperaturen T_S = 300 K und T_K = 280 K eine Kühlleistung P von etwa 28 Wm^-2 erreicht werden. Mit der Annahme, dass die optisch wirksame Fläche 106 eine Fläche von ungefähr 0,1 m² aufweist, ermöglicht dies eine Kühlleistung von 2,8 W, was für viele Nutzungsfälle schon ausreicht. Für den Fall, dass eine höhere Kühlleistung P gewünscht oder erforderlich ist, kann entweder der Emissionsgrad ε erhöht werden, der geometrische Faktor g verbessert werden oder die Temperatur T_K der Wärmesenke 114 erniedrigt werden.
Das optische Element 102 radiativ zu kühlen kann auf unterschiedliche Art und Weise verwirklicht werden. Beispielsweise kann das gesamte Minienvironment 110 auf eine Temperatur von ungefähr 275 K unterkühlt werden. Ein nicht gezeigter Kraftrahmen (Engl.: Force Frame) und ein nicht gezeigter Sensorrahmen (Engl.: Sensor Frame) dürfen allerdings nicht so weit heruntergekühlt werden, sondern müssen auf einer Temperatur von ungefähr 295 K gehalten werden. Der Kraftrahmen und/oder der Sensorrahmen müssen also durch eine geeignete Dämmung oder durch eine Heizung warmgehalten werden.
Eine Kühlleistung für jeden Punkt auf der optisch wirksamen Fläche 106 hängt von einem Raumwinkel ab, welcher mit dem Minienvironment 110 gefüllt ist. Dies bedeutet, dass die Kühlung ungleichmäßig sein kann und bei verschiedenen optischen Elementen 102 von optischem Element 102 zu optischem Element 102 unterschiedlich sein kann. Dieser Effekt könnte beispielsweise durch eine Anpassung einer Geometrie des Minienvironments 110 zumindest vermindert werden.
3 zeigt eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines optischen Systems 100B für die Projektionsbelichtungsanlage 1. Das optische System 100B unterscheidet sich von dem optischen System 100A nur dadurch, dass zusätzlich ein bewegliches Abdeckelement 118 vorgesehen ist, das zwischen der optisch wirksamen Fläche 106 und der Wärmesenke 114 angeordnet ist.
Zwischen der optisch wirksamen Fläche 106 und der Wärmesenke 114 ist ein wie zuvor erwähnter Spalt oder Zwischenraum Z vorgesehen, in den das Abdeckelement 118 wahlweise hineinverlagerbar und auch wieder aus diesem herausverlagerbar ist. Das Abdeckelement 118 kann bezüglich des optischen Elements 102 beziehungsweise bezüglich der Wärmesenke 114 in einer von der x-Richtung x und der y-Richtung y aufgespannten Ebene verschoben werden, wie in der 3 mit Hilfe eines Doppelpfeils 120 angedeutet ist. Somit ist das Abdeckelement 118 entlang und entgegen der x-Richtung x verlagerbar. Das Abdeckelement 118 kann zusätzlich oder alternativ auch in einer Richtung senkrecht zu dem Doppelpfeil 120, also entlang und entgegen der y-Richtung y bewegt werden.
Das Abdeckelement 118 kann somit zwischen die optisch wirksame Fläche 106 und die Wärmesenke 114 eingeschoben und wieder herausgezogen werden. Das Abdeckelement 118 kann somit die Wärmesenke 114 von der optisch wirksamen Fläche 106 aus betrachtet zumindest teilweise abdecken oder verdecken. In der Orientierung der 3 ist das Abdeckelement 118 oberhalb der optisch wirksamen Fläche 106 und somit zwischen der optisch wirksamen Fläche 106 und der Wärmesenke 114 platziert.
Das Abdeckelement 118 kann jalousieförmig sein. Daher kann das Abdeckelement 118 auch als Abdeckjalousie bezeichnet werden. Mit Hilfe des Abdeckelements 118 kann somit die Kühlung lokal moduliert werden. Zum Verlagern des Abdeckelements 118 kann ein Stellelement, beispielsweise ein Linearmotor, vorgesehen sein. Es können auch mehrere Stellelemente vorgesehen sein. Mit Hilfe des Abdeckelements 118 lässt sich somit die zuvor erwähnte ungleichmäßige Kühlung gleichmäßiger gestalten.
Alternativ kann das gesamte optische Element 102 unterkühlt werden, wobei die Ungleichmäßigkeit der Kühlung durch Sektorheizer 116 korrigiert werden kann, von denen in der 3 lediglich einer gezeigt ist. In dem letztgenannten Fall kann auf das Abdeckelement 118 verzichtet werden. Das Abdeckelement 118 kann jedoch auch mit dem Sektorheizer 116 kombiniert werden.
4 zeigt eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines optischen Systems 100C für die Projektionsbelichtungsanlage 1. Das optische System 100C unterscheidet sich von dem optischen System 100A dadurch, dass nicht das Minienvironment 110 selbst als Wärmesenke 114 fungiert, sondern, dass zum Entziehen von Wärme Q aus dem optischen Element 102 ein Kühlelement 122 (schraffiert dargestellt) vorgesehen ist.
Das Kühlelement 122 kann plattenförmig sein. Es können mehrere Kühlelemente 122 vorgesehen sein. Die Kühlelemente 122 bilden zusammen eine wie zuvor erwähnte Wärmesenke 114. Es kann jedoch auch genau ein Kühlelement 122 vorgesehen sein, das dann als Wärmesenke 114 fungiert. Für den Fall, dass genau ein Kühlelement 122 vorgesehen ist, kann dieses beispielsweise in einer von der x-Richtung x und der y-Richtung y aufgespannten Ebene bewegt werden, wie mit Hilfe von Doppelpfeilen 124, 126 angedeutet ist.
Es somit ein scannen, abscannen oder abtasten der optisch wirksamen Fläche 106 mit nur einem Kühlelement 122 möglich. Zum Verlagern des Kühlelements 122 kann ein Stellelement, beispielsweise in der Form eines Linearmotors, vorgesehen sein. Dem Kühlelement 122 können auch mehrere Stellelemente zugeordnet sein. Es können auch mehrere bewegliche Kühlelemente 122 vorgesehen sein.
Zusätzlich kann das optische System 100C einen oder mehrere wie zuvor erläuterte Sektorheizer 116 umfassen, von denen in der 4 zwei Sektorheizer 116 dargestellt sind. Auch jeder Sektorheizer 116 kann optional in der von der x-Richtung x und der y-Richtung y aufgespannten Ebene bewegt werden, wie mit Hilfe der Doppelpfeile 124, 126 angedeutet ist.
Die Kühlelemente 122 und/oder die Sektorheizer 116 können matrixförmig oder musterförmig angeordnet sein. „Matrixförmig“ oder „musterförmig“ bedeutet vorliegend, dass die Kühlelemente 122 und/oder die Sektorheizer 116 in Zeilen und Spalten angeordnet sein können. Zusätzlich kann das optische System 100C ein wie zuvor erwähntes Abdeckelement 118 aufweisen, das ebenfalls in der von der x-Richtung x und der y-Richtung y aufgespannten Ebene verlagert werden kann.
Nachfolgend wird davon ausgegangen, dass genau ein Kühlelement 122 vorgesehen ist. Im Vergleich zu dem Minienvironment 110 ist das Kühlelement 122 massiv unterkühlt. Das Kühlelement 122 fungiert dann als zielgerichtete Wärmesenke 114, wodurch die optisch wirksame Fläche 106 an lokal gezielt gekühlt werden kann.
Das Kühlelement 122 ist gut isoliert oder gedämmt, damit das Minienvironment 110 selbst nicht unterkühlt wird. Das optische Element 102 ist in diesem Fall bevorzugt ein GI-Spiegel, da aufgrund des streifenden Einfalls der Beleuchtungsstrahlung 16 ein größerer Winkelraum vor der optisch wirksamen Fläche 106 zur Verfügung steht.
Mit Hilfe des Kühlelements 122 können entweder die gesamte optisch wirksame Fläche 106 oder nur bestimmte Bereiche der optisch wirksamen Fläche 106 durch den Entzug von Wärme Q gekühlt werden. Mit Hilfe des bevorzugt jalousieförmigen Abdeckelements 118 kann die Kühlung moduliert werden. Zusätzlich kann das Kühlelement 122 während eines Scanprozesses des optischen Systems 100C beziehungsweise der Projektionsbelichtungsanlage 1 bewegt werden, um „scannend“ zu kühlen, wie zuvor schon erläutert wurde.
Alle Ausführungsformen des optischen Systems 100A, 100B, 100C weisen den Vorteil auf, dass bei ausreichend starker Strahlungskühlung das optische Element 102 weniger stark vorgeheizt werden muss, um eine gleichmäßige Temperaturverteilung an der optisch wirksamen Fläche 106 zu erhalten. Weiterhin kann das gesamte optische Element 102 nahe seiner Referenztemperatur gehalten werden.
Strömungsbedingte Vibrationen (FIV) können durch den Verzicht auf ein Durchleiten von Kühlwasser durch den Grundkörper 104 zuverlässig vermieden werden. Die Wärmesenke 114 kann durch die Möglichkeit der zielgerichteten und lokalen Kühlung auch als Manipulator eingesetzt werden, um die optisch wirksame Fläche 106 gezielt zu deformieren.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist sie vielfältig modifizierbar.
Bezugszeichenliste

1: Projektionsbelichtungsanlage
2: Beleuchtungssystem
3: Lichtquelle
4: Beleuchtungsoptik
5: Objektfeld
6: Objektebene
7: Retikel
8: Retikelhalter
9: Retikelverlagerungsantrieb
10: Projektionsoptik
11: Bildfeld
12: Bildebene
13: Wafer
14: Waferhalter
15: Waferverlagerungsantrieb
16: Beleuchtungsstrahlung
17: Kollektor
18: Zwischenfokusebene
19: Umlenkspiegel
20: erster Facettenspiegel
21: erste Facette
22: zweiter Facettenspiegel
23: zweite Facette
100A: optisches System
100B: optisches System
100C: optisches System
102: optisches Element
104: Grundkörper
106: optisch wirksame Fläche
108: Rückseite
110: Minienvironment
112: Volumen
114: Wärmesenke
116: Sektorheizer
118: Abdeckelement
120: Doppelpfeil
122: Kühlelement
124: Doppelpfeil
126: Doppelpfeil
Q: Wärme
M1: Spiegel
M2: Spiegel
M3: Spiegel
M4: Spiegel
M5: Spiegel
M6: Spiegel
x: x-Richtung
y: y-Richtung
z: z-Richtung
Z: Zwischenraum

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008009600 A1 [0050, 0054]
US 20060132747 A1 [0052]
EP 1614008 B1 [0052]
US 6573978 [0052]
DE 102017220586 A1 [0057]
US 20180074303 A1 [0071]

Claims

Optisches System (100A, 100B, 100C) für eine Projektionsbelichtungsanlage (1), aufweisend ein optisches Element (102) mit einer optisch wirksamen Fläche (106), die dazu geeignet ist, Beleuchtungsstrahlung (16) zu reflektieren, und eine der optisch wirksamen Fläche (106) zugewandte Wärmesenke (114) zum Entziehen von durch die Beleuchtungsstrahlung (16) in die optisch wirksame Fläche (106) eingebrachter Wärme (Q) aus der optisch wirksamen Fläche (106), wobei eine Übertragung der Wärme (Q) von der optisch wirksamen Fläche (106) zu der Wärmesenke (114) nur mit Hilfe von Wärmestrahlung erfolgt.
Optisches System nach Anspruch 1, ferner umfassend ein das optische Element (102) umschließendes Minienvironment (110), wobei das Minienvironment (110) selbst als Wärmesenke (114) fungiert.
Optisches System nach Anspruch 2, wobei die Wärmesenke (114) Teil des Minienvironments (110), insbesondere eine an dem Minienvironment (110) vorgesehene Beschichtung, ist.
Optisches System nach einem der Ansprüche 1-3, ferner umfassend einen Sektorheizer (116) zum lokalen Einbringen von Wärme (Q) in die optisch wirksame Fläche (106).
Optisches System nach einem der Ansprüche 1-4, ferner umfassend ein Abdeckelement (118), das zwischen der Wärmesenke (114) und der optisch wirksamen Fläche (106) anordenbar ist, um die Wärmesenke (114) von der optisch wirksamen Fläche (106) aus betrachtet zumindest teilweise abzudecken.
Optisches System nach Anspruch 5, wobei das Abdeckelement (118) verlagerbar ist, so dass das Abdeckelement (118) in einen zwischen der Wärmesenke (114) und der optisch wirksamen Fläche (106) vorgesehenen Zwischenraum (Z) hineinverlagerbar und aus diesem herausverlagerbar ist.
Optisches System nach einem der Ansprüche 1-6, wobei die Wärmesenke (114) zumindest ein Kühlelement (122) aufweist, das dazu eingerichtet ist, der optisch wirksamen Fläche (106) lokal Wärme (Q) zu entziehen.
Optisches System nach Anspruch 7, wobei das Kühlelement (122) verlagerbar ist, so dass die optisch wirksame Fläche (106) mit Hilfe des Kühlelements (122) abtastbar ist, um der gesamten optisch wirksamen Fläche (106) Wärme (Q) zu entziehen.
Optisches System nach Anspruch 7 oder 8, wobei mehrere Kühlelemente (122) vorgesehen sind.
Projektionsbelichtungsanlage (1) mit einem optischen System (100A, 100B, 100C) nach einem der Ansprüche 1-9.