WO2021089579A1 - Projektionsbelichtungsanlage für die halbleiterlithographie - Google Patents

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WO2021089579A1
WO2021089579A1 PCT/EP2020/080875 EP2020080875W WO2021089579A1 WO 2021089579 A1 WO2021089579 A1 WO 2021089579A1 EP 2020080875 W EP2020080875 W EP 2020080875W WO 2021089579 A1 WO2021089579 A1 WO 2021089579A1
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exposure system
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electrical heating
optically active
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PCT/EP2020/080875
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Toralf Gruner
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Carl Zeiss Smt Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a projection exposure system for semiconductor lithography.
  • Such systems are used to produce the finest structures, especially on semiconductor components or other microstructured components.
  • the functional principle of the systems mentioned is based on the use of a usually scaling-down image of structures on a mask, a so-called reticle, on an element to be structured, a so-called wafer, provided with photosensitive material to create.
  • the minimum dimensions of the structures produced depend directly on the wavelength of the light used. More recently, light sources with an emission wavelength in the range of a few nanometers, for example between 1 nm and 30 nm, in particular in the range of 13.5 nm, have been used. The wavelength range described is also referred to as the EUV range.
  • the microstructured components are also manufactured with the systems established on the market with a wavelength of 193 nm.
  • the introduction of the EUV range and thus the possibility of producing even smaller structures leads to increasing demands on the optical correction of the systems with a wavelength of 193 nm.
  • the throughput is further increased to increase economic efficiency, which typically leads to a greater thermal load and thus to increasing thermal imaging errors.
  • manipulators can be used which include two plane-parallel plates, the surfaces of which are heated by irradiation with electromagnetic heating radiation and which are globally cooled by a gas flow running between the plane-parallel plates.
  • the locally adjustable temperature distribution across the plates is translated via the temperature-dependent refractive index of the material used, such as quartz glass, into a desired wavefront effect that compensates for imaging errors.
  • the object of the present invention is to provide a device which solves the disadvantages of the prior art described above.
  • the optical correction means can be arranged, for example, to correct imaging errors in imaging optics of the projection exposure system.
  • the means can be, for example, lasers, the laser light being able to be guided via optical waveguides and thus causing irradiation at one or more positions of the optical correction element.
  • the electro-magnetic heating radiation can irradiate the optical correction element from one of its side surfaces, ie perpendicular to its optical axis or on one of the optically active surfaces of the optical correction element.
  • the radiation can be at least partially absorbed by the material of the optical correction element, which leads to heating of the material.
  • the optically active area is to be understood as the area of the optical correction element to which the useful light, i.e. the light that is used to image structures of a reticle on a wafer, is applied during operation of the projection exposure system.
  • the optically active area can vary depending on the operating mode, the maximum extent being defined by the optical design of the projection exposure system.
  • the electrical heating element can be arranged exclusively outside the optically active area, so that there is no electrical heating element in the optically active area.
  • the electrical heating element can comprise a resistance wire, wherein the resistance wire can have a thickness of at least 1 ⁇ m, preferably at least 5 ⁇ m and particularly preferably at least 10 ⁇ m. Due to the arrangement of the resistance wire outside the optically active area, the thickness and the height of the wire have no influence on the optical image and can be laid out before given to your effect, the electrical properties and the manufacturability.
  • the electrical heating element can be arranged on a surface of the optical element. This has the advantage that the electrical heating element does not hinder irradiation of the optically active area through the side surface of the optical correction element.
  • several electrical heating elements can be arranged on the optical correction element in such a way that locally different power densities of the heating power can be realized. As a result, the heating power of the electrical heating elements can be adjusted as a function of the heating caused by the useful light and the irradiation of the optical correction means by the laser, and thus a predetermined temperature profile can be realized in the optical correction element.
  • heating elements can have different electrical properties.
  • these can relate to the resistance of the wire, which in turn can be influenced by its diameter, its material or its geometric length per area.
  • the length per area can be increased, for example, by a meandering arrangement and small distances between the meanders of the resistance wire.
  • control / regulation which is suitable for controlling the several heating elements in such a way that locally different power densities of the heating power can be realized.
  • the required electrical heating power can be determined on the basis of the recorded temperature.
  • the use of multiple temperature sensors can advantageously increase the accuracy and speed of the correction.
  • the optical correction element can comprise at least one plane-parallel plate.
  • the plane-parallel plate itself has no optical effect other than an offset of an image in the case of oblique irradiation, so that it behaves neutrally in an optical system with a homogeneous temperature distribution and vertical irradiation.
  • the optical correction element can comprise two plane-parallel plates, between which a fluid channel can be formed.
  • the fluid channel can be flowed through for example by air, the temperature of which is expedient is below that of the optical correction element, whereby the fluid can serve as a heat sink.
  • Part of the heat generated in the plane-parallel plates by irradiation by the useful light, the laser and the heating by the electrical heating element in the edge area can be dissipated and a temperature profile can be set in the plate with simultaneous thermodynamic equilibrium.
  • the two plane-parallel plates can therefore have embossed a temperature profile without giving off heat to the imaging device of the projection exposure system.
  • the plane-parallel plates can be arranged parallel to one another at a distance between 2mm and 50mm.
  • the distance can, among other things, depend on the amount of fluid required to dissipate the heat or, in the case that both plane-parallel plates comprise electrical heating elements, on their optical effect.
  • At least one plane-parallel plate can have a thickness between 2mm and 20mm.
  • the thickness can also depend on their optical effect, manufacturing requirements, mechanically required rigidity, the heat capacity and the desired corrective effect of the optical correction element as a whole.
  • the material of the plane-parallel plates and the wavelength of the irradiation can be designed so that an average absorption of the irradiation over the optically active area of at least 10W, preferably of at least 50W, particularly preferably of at least 100W can be achieved.
  • the absorption and thus the amount of heat supplied in the optically active area can be increased.
  • the optical correction element is expediently designed in such a way that the interfaces to the imaging optics have a thermally neutral effect, so no more power may be supplied by the irradiation and the electrical heating element (s) than is dissipated by the fluid flow and the mechanical connection of the plane-parallel plates can.
  • the heating power for generating the temperature profile in the plane-parallel plate can be independent of the thermally neutral power balance.
  • the material of the plane-parallel plates and the wavelength of the electromagnetic heating radiation can be designed in such a way that the absorption capacity is between 10% and 20% of the radiated power per 100 mm of material. In this way, absorption and thus heating over the entire optical element can be achieved with a maximum irradiation power of 100 watts, preferably 60 watts.
  • a constant power input can be achieved along the way.
  • an electrical connection strip for contacting the electrical heating element, which can run at least in sections parallel to the fluid channel.
  • the terminal block connects the electrical supply with the individual electrical heating elements, which are preferably all connected to one side of the optical correction element for reasons of simplified accessibility and assembly.
  • at least two electrical heating elements, preferably all electrical heating elements can be connected to a common ground line. This has the advantage that a separate ground line does not have to be laid for each electrical heating element.
  • FIG. 1 shows a basic representation of a projection exposure system in which the invention can be used
  • FIG. 2 shows a basic detailed representation of the invention.
  • FIG. 1 shows an exemplary projection exposure system 1 in which the invention can be used.
  • the projection exposure system 1 is used to image structures on a substrate coated with photosensitive materials, which generally consists predominantly of silicon and is referred to as a wafer 2, for the production of semiconductor components, such as computer chips, for example.
  • the projection exposure system 1 includes im Essentially a lighting device 3, a reticle stage 4 for receiving and exact positioning of a mask provided with a structure, a so-called reticle 5, through which the later structures on the wafer 2 are determined, a wafer stage 6 for holding, moving and exact positioning this wafer 2 and an imaging device, namely a projection lens 7, with a plurality of optical elements 8, which are held via mounts 9 in an ob jective housing 10 of the projection lens 7.
  • the basic functional principle provides that the structures introduced into the reticle 5 are mapped onto the wafer 2; the image is usually made smaller.
  • the lighting device 3 provides a projection beam 11 required for imaging the reticle 5 on the wafer 2 in the form of electromagnetic radiation.
  • a laser, a plasma source or the like can be used as the source for this radiation.
  • the radiation is shaped in the lighting device 3 via optical elements in such a way that the projection beam 11 has the desired properties in terms of diameter, polarization and the like when it hits the reticle 5.
  • An image of the reticle 5 is generated via the projection beam 11 and transferred from the projection objective 7 to the wafer 2 in a correspondingly reduced size, as has already been explained above.
  • the reticle 5 and the wafer 2 can be moved synchronously so that areas of the reticle 5 are imaged practically continuously on corresponding areas of the wafer 2 during a so-called scanning process.
  • the projection objective 7 has a multitude of individual refractive, diffractive and / or reflective optical elements 8, such as lenses, mirrors, prisms, end plates and the like, these optical elements 8 being supplemented, for example, by an optical correction device 20 according to the invention or by a such can be replaced.
  • the invention can also be used in an EUV system that is not illustrated.
  • An EUV system is basically constructed like the DUV system 1 described above, with mirrors being predominantly used as optical elements in an EUV system and the light source of an EUV system providing useful radiation in a wavelength range from 5 nm to 100 nm, in particular 13.5nm emitted When the invention is used in an EUV system, a mirror would then be heated outside of its optically active area by means of an electrical heating element.
  • FIG. 2 shows a detailed representation of the invention, in which a device designed as a thermal Mani pulator 20 is shown in a plan view.
  • the manipulator 20 comprises an optical element formed from two plane-parallel plates 21 .x.
  • FIG. 2 only the lower 21.1 of the two functionally identical designed plane-parallel plates 21.x is shown, the illustration showing a plan view in the direction of the useful light from above onto the surface 24 of the plane-parallel plate 21.1.
  • the plane-parallel plate 21.1 comprises an optically active area 22 to which useful radiation (not shown) from the projection exposure system is applied.
  • the optically active area 22 is irradiated by electromagnetic heating radiation designed as Laserstrah len 44.x, the radiation being coupled into the plane-parallel plate 21.1 through the side surfaces 32.x.
  • the laser beams 44.x are emitted by one or more lasers, not shown, and guided via optical waveguides 41.x to the coupling points 42.x on the side surfaces 32.x of the plane-parallel plate 21.1.
  • coupling optics 43.x designed as spherical lenses are arranged, for example, which shape the laser beams 44.x and couple them into the plane-parallel plate 21.1 perpendicular to the useful radiation. This is heated by absorption in the material of the plane-parallel plate 21.1.
  • FIG. 2 shows only two laser beams 44.1, 44.2 which intersect at a point of intersection 45.
  • the coupling points 42.x can be arranged on all four sides of the plane-parallel plates 21.x, with up to 200 per side Laser beams can be coupled in, which in turn leads to almost 800 adjustable degrees of freedom for correcting imaging errors.
  • the area outside the optically active area 22, which is also referred to as the edge area 23, is heated by electrical heating elements 25.x.
  • the heating elements 25.x are arranged on the surface 24 of the lower plane-parallel plate 21.1 and each comprise a supply line 27.x, a heating structure 26.x and a discharge line 28.x, the discharge lines 28.x of the heating elements 25.x in the shown Example are all connected to a common ground 29.
  • the supply lines 27.x are designed in such a way that the electrical resistance is as low as possible in order to minimize unwanted heating in the area of the supply lines 27.x. The same also applies to the leads 28.x and the ground line 29.
  • the heating structures 26.x are arranged, which are due to an increased resistance of a small cross-section and / or a different material and are arranged in a specific area in a meandering shape on the surface 24 of the plane-parallel plate 21.1.
  • the power density in the area of the heating structures 26.x is many times higher than in the area of the leads 27.x and leads 28.x, as well as the ground line 29.
  • the leads 27.x all have their origin on a terminal strip 30, which is shown in FIG of Figure 2 is arranged on the right side of the plane-parallel plate 21.1.
  • a fluid channel is formed between the lower plane-parallel plate 21.1 and the upper plane-parallel plate 21.2, not shown, through which air flows as a cooling medium.
  • the cooling gas flow 31 is indicated in FIG. 2 by three arrows.
  • the side elements of the cooling channel are not shown in FIG. 2 for reasons of clarity.
  • the cooling medium serves as a heat sink, which dissipates the power introduced by the laser beams 44.x and the electrical heating elements 25.x and thus has a thermally neutral effect in relation to the other optical elements of the projection optics, so that only a temperature distribution within the plane-parallel Plates is effected, which causes the predetermined correction effect via the dependence of the refractive index on the temperature.
  • the plane-parallel plate 21.1 also includes four temperature sensors 33.x, which are arranged outside the optically active area 22 and are only shown schematically in FIG. 2 by circles.
  • the temperature distribution in the plate can be determined by a control or regulation (not shown). This is used to determine the power to be introduced by the electromagnetic radiant heat 44.x and the electrical heating elements 25.x. The powers determined in this way are passed on to the control or regulation of the laser and the heating elements, so that a predetermined temperature distribution is established in the plane-parallel plates 21.x.
  • lens housing 11 projection beam 20 thermal manipulator (device) 21 plane-parallel plate (optical element) 22 optically active area

Abstract

Projektionsbelichtungsanlage (1) für die Halbleiterlithographie mit einem optischen Korrekturelement (20) und Mitteln zur mindestens teilweisen Bestrahlung eines optisch aktiven Bereichs (22) des Korrekturelementes (20) mit elektromagnetischer Heizstrahlung (44.x), wobei das optische Korrekturelement (20) außerhalb des optisch aktiven Bereiches (22) mit mindestens einem elektrischen Heizelement (25.x) versehen ist.

Description

Proiektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie
Die vorliegende Anmeldung nimmt die Priorität der deutschen Patentanmeldung DE 10 2019 217 185.0 vom 07.11 .2019 in Anspruch, deren Inhalt hierin durch Bezug nahme vollumfänglich aufgenommen wird.
Die Erfindung betrifft eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie.
Derartige Anlagen werden zur Erzeugung feinster Strukturen, insbesondere auf Halb leiterbauelementen oder anderen mikrostrukturierten Bauteilen verwendet. Das Funk tionsprinzip der genannten Anlagen beruht dabei darauf, mittels einer in der Regel verkleinernden Abbildung von Strukturen auf einer Maske, einem sogenannten Re- ticle, auf einem mit photosensitivem Material versehenen zu strukturierenden Ele ment, einem sogenannten Wafer, feinste Strukturen bis in den Nanometerbereich zu erzeugen. Die minimalen Abmessungen der erzeugten Strukturen hängen dabei di rekt von der Wellenlänge des verwendeten Lichtes ab. In jüngerer Zeit werden ver mehrt Lichtquellen mit einer Emissionswellenlänge im Bereich weniger Nanometer, beispielsweise zwischen 1 nm und 30 nm, insbesondere im Bereich von 13,5 nm ver wendet. Der beschriebene Wellenlängenbereich wird auch als EUV-Bereich bezeich net.
Die mikrostrukturierten Bauteile werden außer mit diesen Systemen auch mit den im Markt etablierten Systemen mit einer Wellenlänge von 193nm hergestellt. Die Einfüh rung des EUV-Bereichs und damit der Möglichkeit, noch kleinere Strukturen herstei len zu können, führt zu steigenden Anforderungen an die optische Korrektur der Systeme mit einer Wellenlänge von 193nm. Gleichzeitig wird der Durchsatz zur Stei gerung der Wirtschaftlichkeit weiter erhöht, was typischerweise zu einer stärkeren thermischen Belastung und damit zu steigenden thermal verursachten Abbildungs fehlern führt. Zur Korrektur der Abbildungsfehler können unter anderem Manipulatoren verwendet werden, die zwei planparallel angeordnete Platten umfassen, deren Oberflächen durch Bestrahlung mit elektromagnetischer Heizstrahlung erwärmt werden und die von einem zwischen den planparallelen Platten verlaufenden Gasstrom global ge- kühlt werden. Die dadurch lokal einstellbare Temperaturverteilung über die Platten übersetzt sich über den temperaturabhängigen Brechungsindex des verwendeten Materials, wie beispielsweise Quarzglas, in eine gewünschte Wellenfrontwirkung, die Abbildungsfehler kompensiert.
Die internationale Patentanmeldung WO 2010/133231 A1, welche auf die Anmelde- rin zurückgeht und welche hiermit durch Bezugnahme vollumfänglich mit aufgenom men wird, offenbart einen derartigen Manipulator mit zwei planparallelen Platten, zwischen denen ein Kühlkanal ausgebildet ist, der von einem Fluid durchströmt wird, welches als globale Wärmesenke, also zur Abfuhr von Wärme, ausgebildet ist. Die lokale Erwärmung der Platten wird durch Bestrahlung mit infrarotem Licht bewirkt, wobei die Lichtstrahlen entweder auf den Flächen des Kühlkanals oder auf den ge genüberliegenden äußeren Seiten der Platten auf diese auftreffen. Durch Absorption der Lichtstrahlen werden die Platten lokal erwärmt. Dies hat den Nachteil, dass ins besondere im Randbereich der Platten eine Bestrahlung nur unter einem sehr fla chen Winkel möglich ist, was zu einer schlechten Absorption und damit einer unzureichenden Erwärmung der Randbereiche führt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung bereitzustellen, welche die oben beschriebenen Nachteile des Standes der Technik löst.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit Merkmalen des unabhängigen Anspruchs. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen und Varianten der Erfindung.
Eine erfindungsgemäße Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie umfasst ein optisches Korrekturelement und Mittel zur mindestens teilweisen Be strahlung eines optisch aktiven Bereichs des Korrekturelementes mit elektromagneti scher Heizstrahlung, wobei das optische Korrekturelement erfindungsgemäß außerhalb des optisch aktiven Bereiches mit mindestens einem elektrischen Heizele ment versehen ist. Das optische Korrekturmittel kann beispielsweise zur Korrektur von Abbildungsfehlern in einer Abbildungsoptik der Projektionsbelichtungsanlage an geordnet sein. Die Mittel können beispielsweise Laser sein, wobei das Laserlicht über Lichtwellenleiter geführt werden kann und so eine Bestrahlung an einer oder mehreren Positionen des optischen Korrekturelementes bewirken kann. Die elektro magnetische Heizstrahlung kann dabei das optische Korrekturelement von einer sei ner Seitenflächen her, also senkrecht zu seiner optischen Achse oder auf einer der optisch aktiven Flächen des optischen Korrekturelementes bestrahlen. Die Strahlung kann zumindest teilweise durch das Material des optischen Korrekturelementes ab sorbiert werden, was zu einer Erwärmung des Materials führt. Unter dem optisch akti ven Bereich ist in diesem Zusammenhang der Bereich des optischen Korrekturelementes zu verstehen, welcher durch das Nutzlicht, also das Licht, wel ches zur Abbildung von Strukturen eines Retikels auf einen Wafer verwendet wird, beim Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage beaufschlagt wird. Der optisch aktive Bereich kann je nach Betriebsmodus variieren, wobei die maximale Ausdehnung durch das optische Design der Projektionsbelichtungsanlage definiert ist.
Insbesondere kann das elektrische Heizelement ausschließlich außerhalb des op tisch aktiven Bereiches angeordnet sein, so dass sich im optisch aktiven Bereich kein elektrisches Heizelement befindet.
Das elektrische Heizelement kann einen Widerstandsdraht umfassen, wobei der Wi derstandsdraht eine Dicke von mindestens 1 pm, bevorzugt mindestens 5pm und be sonders bevorzugt mindestens 10pm aufweisen kann. Durch die Anordnung des Widerstandsdrahtes außerhalb des optisch aktiven Bereiches haben die Dicke und die Höhe des Drahtes keinen Einfluss auf die optische Abbildung und können bevor zugt nach Ihrer Wirkung, den elektrischen Eigenschaften und der Herstellbarkeit aus gelegt werden.
Weiterhin kann das elektrische Heizelement auf einer Oberfläche des optischen Ele mentes angeordnet sein. Dies hat den Vorteil, dass das elektrische Heizelement eine Bestrahlung des optischen aktiven Bereichs durch die Seitenfläche des optischen Korrekturelementes nicht behindert. Daneben können mehrere elektrische Heizelemente derart auf dem optischen Kor rekturelement angeordnet sein, dass sich lokal unterschiedliche Leistungsdichten der Heizleistung realisieren lassen. Dadurch kann die Heizleistung der elektrischen Heiz elemente in Abhängigkeit von der durch das Nutzlicht und durch die Bestrahlung des optischen Korrekturmittels durch den Laser verursachten Erwärmung angepasst wer den und so ein vorbestimmtes Temperaturprofil im optischen Korrekturelement reali siert werden.
Insbesondere können mehrere Heizelemente unterschiedliche elektrische Eigen schaften aufweisen. Diese können im Fall eines Widerstandsdrahtes den Widerstand des Drahtes betreffen, der wiederum durch dessen Durchmesser, dessen Material oder dessen geometrischer Länge pro Fläche beeinflusst werden kann. Die Länge pro Fläche kann beispielsweise durch mäanderförmige Anordnung und geringe Ab stände zwischen den Mäandern des Widerstandsdrahtes erhöht werden.
Weiterhin kann eine Steuerung/Regelung vorhanden sein, die geeignet ist, die meh- reren Heizelemente derart anzusteuern, dass sich lokal unterschiedliche Leistungs dichten der Heizleistung realisieren lassen.
Insbesondere kann mindestens ein Temperatursensor vorhanden sein, der die Tem peratur des optischen Korrekturelementes erfasst. Dadurch kann die benötigte elekt rische Heizleistung auf Basis der erfassten Temperatur bestimmt werden. Die Verwendung mehrere Temperatursensoren kann die Genauigkeit und die Geschwin digkeit der Korrektur vorteilhaft erhöhen.
In einer Variante der Erfindung kann das optische Korrekturelement mindestens eine planparallele Platte umfassen. Die planparallele Platte selbst hat keine optische Wir kung außer einem Versatz eines Bildes bei schräger Durchstrahlung, so dass sie sich bei homogener Temperaturverteilung und senkrechter Durchstrahlung in einem optischen System neutral verhält.
Insbesondere kann das optische Korrekturelement zwei planparallele Platten umfas sen, zwischen denen ein Fluidkanal ausgebildet sein kann. Der Fluidkanal kann bei spielsweise von Luft durchströmt werden, deren Temperatur zweckmäßigerweise unter der des optischen Korrekturelementes liegt, wodurch das Fluid als Wärme senke dienen kann. Ein Teil der in den planparallelen Platten durch die Bestrahlung durch das Nutzlicht, den Laser und die Erwärmung durch das elektrische Heizele ment im Randbereich anfallenden Wärme kann so abgeführt werden, und es kann ein Temperaturprofil bei gleichzeitigem thermodynamisches Gleichgewicht in der Platte eingestellt werden. Die beiden planparallelen Platten können also ein Tempe raturprofil eingeprägt haben, ohne dabei Wärme an die Abbildungsvorrichtung der Projektionsbelichtungsanlage abzugeben.
Dabei können die planparallelen Platten zueinander parallel in einem Abstand zwi schen 2mm und 50mm angeordnet sein. Der Abstand kann unter anderem von der Menge des zur Abführung der Wärme benötigten Fluids oder im Fall, dass beide planparallele Platten elektrische Heizelemente umfassen, von deren optischer Wir kung abhängig sein.
Mindestens eine planparallele Platte kann eine Dicke zwischen 2mm und 20mm auf weisen. Die Dicke kann ebenfalls von deren optischer Wirkung, fertigungstechni schen Anforderungen, mechanisch erforderlicher Steifigkeit, der Wärmekapazität sowie der erwünschten Korrekturwirkung des optischen Korrekturelementes als Gan zes abhängen.
Daneben können das Material der planparallelen Platten und die Wellenlänge der Bestrahlung so ausgebildet sein, dass sich eine mittlere Absorption der Bestrahlung über den optisch aktiven Bereich von mindestens 10W, bevorzugt von mindestens 50W, besonders bevorzugt von mindestens 100W realisieren lässt. Je nach Kühlleis tung des Fluids, welches zwischen den planparallelen Platten hindurch strömt, kann die Absorption und damit die Menge der zugeführten Wärme im optisch aktiven Be reich erhöht werden. Das optische Korrekturelement ist zweckmäßigerweise so aus gebildet, dass die Schnittstellen zur Abbildungsoptik thermisch neutral wirken, also darf nicht mehr Leistung durch die Bestrahlung und das oder die elektrischen Heiz elemente zugeführt werden, als durch den Fluidstrom und die mechanische Anbin dung der planparallelen Platten abgeführt werden kann. Die Heizleistung zur Generierung des Temperaturprofils in der planparallelen Platte kann dabei von der thermisch neutralen Leistungsbilanz unabhängig sein. Insbesondere kann das Material der planparallelen Platten und die Wellenlänge der elektromagnetischen Heizstrahlung so ausgebildet sein, dass das Absorptionsvermö gen zwischen 10% und 20% der eingestrahlten Leistung pro 100mm Material liegt. Dadurch lässt sich eine Absorption und damit eine Erwärmung über das gesamte op- tische Element bei einer maximalen Einstrahlleistung von 100 Watt, bevorzugt von 60 Watt erreichen. Durch die Formung der elektromagnetischen Heizstrahlung und die Variation der Absorptionseigenschaften des Materials kann ein über den Weg kon stanter Leistungseintrag erreicht werden.
Weiterhin kann eine elektrische Anschlussleiste zur Kontaktierung des elektrischen Heizelementes vorhanden sein, welche mindestens abschnittsweise parallel zu dem Fluidkanal verlaufen kann. Die Anschlussleiste verbindet die elektrische Versorgung mit den einzelnen elektrischen Heizelementen, die aus Gründen einer vereinfachten Zugänglichkeit und Montage bevorzugt alle an einer Seite des optischen Korrektu relementes angeschlossen werden. Daneben können mindestens zwei elektrische Heizelemente, bevorzugt alle elektri schen Heizelemente, an einer gemeinsamen Masseleitung angeschlossen sein. Dies hat den Vorteil, dass nicht für jedes elektrische Heizelement eine eigene Masselei tung verlegt werden muss.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele und Varianten der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
Figur 1 eine prinzipielle Darstellung einer Projektionsbelichtungsanlage, in der die Erfindung zur Anwendung kommen kann, und
Figur 2 eine prinzipielle Detaildarstellung der Erfindung.
In Figur 1 ist eine exemplarische Projektionsbelichtungsanlage 1 dargestellt, in wel- eher die Erfindung zur Anwendung kommen kann. Die Projektionsbelichtungsanlage 1 dient zur Abbildung von Strukturen auf ein mit photosensitiven Materialien be schichtetes Substrat, welches im Allgemeinen überwiegend aus Silizium besteht und als Wafer 2 bezeichnet wird, zur Herstellung von Halbleiterbauelementen, wie bei spielsweise Computerchips. Die Projektionsbelichtungsanlage 1 umfasst dabei im Wesentlichen eine Beleuchtungseinrichtung 3, eine Reticle Stage 4 zur Aufnahme und exakten Positionierung einer mit einer Struktur versehenen Maske, einem soge nannten Reticle 5, durch welches die späteren Strukturen auf dem Wafer 2 bestimmt werden, einer Waferstage 6 zur Halterung, Bewegung und exakten Positionierung eben dieses Wafers 2 und einer Abbildungseinrichtung, nämlich einem Projektions objektiv 7, mit mehreren optischen Elementen 8, die über Fassungen 9 in einem Ob jektivgehäuse 10 des Projektionsobjektives 7 gehalten sind. Das grundsätzliche Funktionsprinzip sieht dabei vor, dass die in das Reticle 5 eingebrachten Strukturen auf den Wafer 2 abgebildet werden; die Abbildung wird in der Regel verkleinernd ausgeführt. Die Beleuchtungseinrichtung 3 stellt einen für die Abbildung des Reticles 5 auf dem Wafer 2 benötigten Projektionsstrahl 11 in Form elektromagnetischer Strahlung bereit. Als Quelle für diese Strahlung kann ein Laser, eine Plasmaquelle oder dergleichen Verwendung finden. Die Strahlung wird in der Beleuchtungseinrich tung 3 über optische Elemente so geformt, dass der Projektionsstrahl 11 beim Auf treffen auf das Reticle 5 die gewünschten Eigenschaften hinsichtlich Durchmesser, Polarisation und dergleichen aufweist. Über den Projektionsstrahl 11 wird ein Bild des Reticles 5 erzeugt und von dem Projektionsobjektiv 7 entsprechend verkleinert auf den Wafer 2 übertragen, wie bereits vorstehend erläutert wurde. Dabei können das Reticle 5 und der Wafer 2 synchron verfahren werden, so dass praktisch kontinu ierlich während eines sogenannten Scanvorganges Bereiche des Reticles 5 auf ent sprechende Bereiche des Wafers 2 abgebildet werden. Das Projektionsobjektiv 7 weist eine Vielzahl von einzelnen refraktiven, diffraktiven und/oder reflektiven opti schen Elementen 8, wie z.B. Linsen, Spiegeln, Prismen, Abschlussplatten und der gleichen auf, wobei diese optischen Elemente 8 beispielsweise durch eine erfindungsgemäße optische Korrekturvorrichtung 20 ergänzt oder durch eine solche ersetzt werden können.
Die Erfindung kann ebenso in einer EUV-Anlage verwendet werden, die nicht darge stellt ist. Eine EUV-Anlage ist prinzipiell wie die oben beschriebene DUV-Anlage 1 aufgebaut, wobei in einer EUV-Anlage überwiegend Spiegel als optische Elemente verwendet werden können und die Lichtquelle einer EUV-Anlage eine Nutzstrahlung in einem Wellenlängenbereich von 5 nm bis 100 nm, insbesondere 13,5nm emittiert Bei einem Einsatz der Erfindung in einer EUV-Anlage würde dann ein Spiegel außer halb seines optisch aktiven Bereiches mittels eines elektrischen Heizelementes be heizt.
Figur 2 zeigt eine Detaildarstellung der Erfindung, in der eine als thermischer Mani pulator 20 ausgebildete Vorrichtung in einer Draufsicht dargestellt ist. Der Manipula tor 20 umfasst ein aus zwei planparallelen Platten 21 .x ausgebildetes optisches Element. In Figur 2 ist nur die untere 21.1 der beiden funktionell identisch ausgebil deten planparallelen Platten 21.x dargestellt, wobei die Darstellung eine Draufsicht in Richtung des Nutzlichtes von oben auf die Oberfläche 24 der planparallelen Platte 21.1 zeigt. Die planparallele Platte 21.1 umfasst einen optisch aktiven Bereich 22, der mit Nutzstrahlung (nicht dargestellt) der Projektionsbelichtungsanlage beauf schlagt wird. Darüber hinaus wird der optisch aktive Bereich 22 durch als Laserstrah len 44.x ausgebildete elektromagnetische Heizstrahlung bestrahlt, wobei die Bestrahlung durch die Seitenflächen 32.x der planparallelen Platte 21.1 in diese ein gekoppelt wird. Die Laserstrahlen 44.x werden von einem oder mehreren nicht dar gestellten Lasern emittiert und über Lichtwellenleiter 41 .x an die Einkopplungspunkte 42.x an den Seitenflächen 32.x der planparallelen Platte 21.1 geleitet. An den Ein kopplungspunkten 42.x sind beispielsweise als Kugellinsen ausgebildete Einkopp lungsoptiken 43.x angeordnet, die die Laserstrahlen 44.x formen und in die planparallele Platte 21.1 senkrecht zur Nutzstrahlung einkoppeln. Durch Absorption im Material der planparallelen Platte 21.1 wird diese erwärmt. Um lokale Erwärmun gen einstellen zu können, sind mehrere Laserstrahlen 44.x so ausgerichtet, dass diese sich im optisch aktiven Bereich 22 der planparallelen Platte 21.1 an Kreuzungs punkte 45.x treffen, an welchen die Leistungsdichte, durch die Absorption von zwei Laserstrahlen 44.1 , 44.2 verdoppelt werden kann. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in Figur 2 nur zwei Laserstrahlen 44.1 , 44.2 dargestellt, die sich in einem Kreu zungspunkt 45 schneiden. Nachdem die Strahlen die planparallele Platte 21.1 durch treten haben, werden diese in nicht dargestellten Lichtfallen absorbiert und die Wärme in einer Weise abgeführt, dass die überschüssige Energie keine anderen op tischen Elemente oder andere Bauteile, wie beispielsweise Fassungen der Projekti onsbelichtungsanlage erwärmen. Die Einkopplungspunkte 42.x können an allen vier Seiten der planparallelen Platten 21.x angeordnet sein, wobei pro Seite bis zu 200 Laserstrahlen eingekoppelt werden können, was wiederum zu nahezu 800 einstellba ren Freiheitsgraden zur Korrektur von Abbildungsfehlern führt.
Im Gegensatz zu dem optisch aktiven Bereich 22 wird der Bereich außerhalb des op tisch aktiven Bereichs 22, der auch als Randbereich 23 bezeichnet wird, durch elekt rische Heizelemente 25.x beheizt. Die Heizelemente 25.x sind auf der Oberfläche 24 der unteren planparallelen Platte 21.1 angeordnet und umfassen je eine Zuleitung 27.x, eine Heizstruktur 26.x und eine Ableitung 28.x, wobei die Ableitungen 28.x der Heizelemente 25.x im gezeigten Beispiel alle an eine gemeinsame Masse 29 ange schlossen sind. Die Zuleitungen 27.x sind dabei so ausgebildet, dass der elektrische Widerstand so gering wie möglich ist, um ein ungewolltes Heizen im Bereich der Zu leitungen 27.x zu minimieren. Das Gleiche gilt auch für die Ableitungen 28.x und die Masseleitung 29. In den Bereichen, in denen eine Erwärmung durch die Heizele mente 25.x gewünscht ist, sind die Heizstrukturen 26.x angeordnet, die sich durch ei nen erhöhten Widerstand auf Grund eines geringen Querschnitts und/oder eines anderen Materials auszeichnen und in einem bestimmten Bereich mäanderförmig auf der Oberfläche 24 der planparallelen Platte 21.1 angeordnet sind. Dadurch ist die Leistungsdichte im Bereich der Heizstrukturen 26.x um ein Vielfaches höher als im Bereich der Zuleitungen 27.x und Ableitungen 28.x, sowie der Masseleitung 29. Die Zuleitungen 27.x haben ihren Ursprung alle auf einer Anschlussleiste 30, die in der Figur 2 auf der rechten Seite der planparallelen Platte 21.1 angeordnet ist. Zwischen der unteren planparallelen Platte 21.1 und der nicht dargestellten oberen planparalle len Platte 21.2 ist ein Fluidkanal ausgebildet, der von Luft als Kühlmedium durch strömt wird. Der Kühlgasfluss 31 ist in Figur 2 durch drei Pfeile angedeutet. Die Seitenelemente des Kühlkanals sind in Figur 2 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Das Kühlmedium dient als Wärmesenke, welche die durch die La serstrahlen 44.x und die elektrischen Heizelemente 25.x eingebrachte Leistung wie der abführt und so in Bezug zu den anderen optischen Elementen der Projektionsoptik thermisch neutral wirkt, so dass lediglich eine Temperaturverteilung innerhalb der planparallelen Platten bewirkt wird, welche über die Abhängigkeit des Brechungsindexes von der Temperatur die vorbestimmte Korrekturwirkung bewirkt. Die planparallele Platte 21.1 umfasst im gezeigten Beispiel weiterhin vier Tempera tursensoren 33.x, die außerhalb des optisch aktiven Bereichs 22 angeordnet sind und in Figur 2 durch Kreise nur schematisch dargestellt sind. Auf Basis der durch die Temperatursensoren 33.x erfassten Werte kann durch eine nicht dargestellte Steue rung oder Regelung die Temperaturverteilung in der Platte bestimmt werden. Diese wird zur Bestimmung der von der elektromagnetischen Heizstrahlung 44.x und der elektrischen Heizelemente 25.x einzubringenden Leistung verwendet. Die so be stimmten Leistungen werden an die Steuerung beziehungsweise Regelung der Laser und der Heizelemente weitergegeben, so dass sich eine vorbestimmte Temperatur verteilung in den planparallelen Platten 21.x einstellt.
Bezugszeichenliste
1 Projektionsbelichtungsanlage
2 Wafer
3 Beleuchtungseinrichtung
4 Reticle Stage
5 Reticle
6 Waferstage
7 Projektionsobjektiv
8 optisches Element
9 Fassung
10 Objektivgehäuse 11 Projektionsstrahl 20 thermischer Manipulator (Vorrichtung) 21 planparallele Platte (optisches Element) 22 optisch aktiver Bereich
23 Randbereich
24 Oberfläche
25.x Heizelemente
26.x Heizstruktur
27.x Zuleitung
28.x Ableitung
29 Masseleitung
30 Anschlussleiste
31 Kühlgasfluss
32.1-32.2 Seitenfläche
33.1-33.4 Temperatursensor
41.1-41.10 Lichtwellenleiter
42.1-42.10 Einkopplungspunkte
43.1-43.10 Einkoppeloptik 44.1,44.2 Laserstrahl (elektromagnetische Heizstrahlung) 45 Kreuzungspunkt

Claims

Patentansprüche
1. Projektionsbelichtungsanlage (1 ) für die Halbleiterlithographie mit einem opti schen Korrekturelement (20) und Mitteln zur mindestens teilweisen Bestrah lung eines optisch aktiven Bereichs (22) des Korrekturelementes (20) mit elektromagnetischer Heizstrahlung (44.x), dadurch gekennzeichnet, dass das optische Korrekturelement (20) außerhalb des optisch aktiven Bereiches (22) mit mindestens einem elektrischen Heiz element (25.x) versehen ist.
2. Projektionsbelichtungsanlage (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Heizelement (25.x) ausschließlich außerhalb des optisch akti ven Bereiches (22) angeordnet ist und sich im optisch aktiven Bereich (22) kein elektrisches Heizelement (25.x) befindet.
3. Projektionsbelichtungsanlage (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Heizelement (25.x) einen Widerstandsdraht (26.x, 27.x, 28.x) umfasst.
4. Projektionsbelichtungsanlage (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstandsdraht (26.x, 27.x, 28.x) eine Dicke von mindestens 1 pm, be vorzugt mindestens 5pm, besonders bevorzugt mindestens 10pm aufweist.
5. Projektionsbelichtungsanlage nach (1 ) einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Heizelement (25.x) auf einer Oberfläche des optischen Ele mentes (24) angeordnet ist.
6. Projektionsbelichtungsanlage (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere elektrische Heizelemente (25.x) derart auf dem optischen Korrektu relement (20) angeordnet sind, dass sich lokal unterschiedliche Leistungsdich ten der Heizleistung realisieren lassen.
7. Projektionsbelichtungsanlage (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Heizelemente (25.x) unterschiedliche elektrische Eigenschaften auf weisen.
8. Projektionsbelichtungsanlage (1 ) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung/Regelung vorhanden ist, die geeignet ist, die mehreren Heiz elemente (25.x) derart anzusteuern, dass sich lokal unterschiedliche Leis tungsdichten der Heizleistung realisieren lassen.
9. Projektionsbelichtungsanlage (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Temperatursensor (33.x) vorhanden ist, der die Temperatur des optischen Korrekturelementes (20) erfasst.
10. Projektionsbelichtungsanlage (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Korrekturelement (20) mindestens eine planparallele Platte (21.x) umfasst.
11. Projektionsbelichtungsanlage (1 ) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Korrekturelement (20) zwei planparallele Platten (21.x) umfasst, zwischen denen ein Fluidkanal ausgebildet ist.
12. Projektionsbelichtungsanlage (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die planparallelen Platten (21.x) zueinander parallel in einem Abstand zwi schen 2mm und 50mm angeordnet sind.
13. Projektionsbelichtungsanlage (1) nach einem der Ansprüche 9-12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine planparallele Platte (21.x) eine Dicke zwischen 2mm und 20mm aufweist.
14. Projektionsbelichtungsanlage (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche 10-13, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der planparallelen Platten (21.x) und die Wellenlänge der elektro magnetischen Heizstrahlung (44.x) so ausgebildet sind, dass sich eine mittlere absorbierte Leistung der elektromagnetischen Heizstrahlung (44.x) über den optisch aktiven Bereich (22) von mindestens 10W, bevorzugt von mindestens 50W, besonders bevorzugt von mindestens 100W realisieren lässt.
15. Projektionsbelichtungsanlage (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der planparallelen Platten (21.x) und die Wellenlänge der elektro magnetischen Heizstrahlung (44.x) so ausgebildet sind, dass das Absorptions vermögen zwischen 10% und 20% der eingestrahlten Leistung pro 100mm Material liegt.
16. Projektionsbelichtungsanlage (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Anschlussleiste (30) zur Kontaktierung des elektrischen Heiz elementes (25.x) vorhanden ist, welche mindestens abschnittsweise parallel zu dem Fluidkanal verläuft.
17. Projektionsbelichtungsanlage (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei elektrische Heizelemente (25.x), bevorzugt alle elektrischen Heizelemente (25.x), an einer gemeinsamen Masseleitung (29) angeschlos sen sind.
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