WO2024061579A1 - Anordnung zum tempern mindestens eines teilbereichs eines optischen elementes - Google Patents

Anordnung zum tempern mindestens eines teilbereichs eines optischen elementes Download PDF

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WO2024061579A1
WO2024061579A1 PCT/EP2023/073632 EP2023073632W WO2024061579A1 WO 2024061579 A1 WO2024061579 A1 WO 2024061579A1 EP 2023073632 W EP2023073632 W EP 2023073632W WO 2024061579 A1 WO2024061579 A1 WO 2024061579A1
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Stefan Link
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Carl Zeiss Smt Gmbh
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    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70216—Mask projection systems
    • G03F7/70316—Details of optical elements, e.g. of Bragg reflectors, extreme ultraviolet [EUV] multilayer or bilayer mirrors or diffractive optical elements
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    • G03F7/70958—Optical materials or coatings, e.g. with particular transmittance, reflectance or anti-reflection properties

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for annealing at least a portion of an optical element, in particular an optical element of a projection exposure system for semiconductor lithography.
  • Projection exposure systems for semiconductor lithography rely on the optical elements used to image a mask in an image plane having a high degree of accuracy in their surface shape; this applies in particular to reflective optical elements, such as mirrors, due to the higher optical sensitivity.
  • Methods for correcting the surface shape of optical elements are in particular from US 6 844 272 B2, US 6 849 859 B2, DE 102 39 859 A1, US 6 821 682 B1, US 2004 0061868 A1, US 2003 0006214 A1, US 2003 00081722 A 1, US 6 898 011 B2, US 7 083 290 B2, US 7 189 655 B2, US 2003 0058986 A1, DE 10 2007 051 291 A1, EP 1 521 155 A2 and US 4 298 247 are known.
  • correction methods listed in the documents mentioned are based on locally densifying the substrate material of optical elements by irradiation. This causes a change in the surface shape of the optical Elements achieved near the irradiated areas. Other methods are based on direct surface removal of the optical element. Other methods mentioned use the thermal or electrical deformability of materials to impose spatially extensive surface shape changes on the optical elements.
  • the DE 10 2011084117 A1 and the WO 2011/020655 A1 disclose methods for, in addition to correcting the surface shape, the reflective optical element before long-term compaction (hereinafter referred to as “compacting”) on the order of a few vol.% or aging of the Protect substrate material due to EUV radiation.
  • the surface of the reflective optical element is homogeneously exposed to radiation and thus compacted and/or coated with a protective layer. Both methods particularly prevent EUV radiation from penetrating the substrate material. In this way, unacceptable surface deformations caused by compaction of the material by EUV radiation can be prevented in the long term.
  • the compaction decreases over time, which in turn changes the surface shape.
  • This decrease in compaction which is also referred to as decompaction, is probably due to a relaxation of the defect states created in the material by the irradiation.
  • the changes in the surface shape caused over time by the decompaction during operation can be compensated for by annealing the optical element during the This reduces any remaining decompaction and the resulting changes to the surface during operation to a minimum.
  • the optical element is heated homogeneously or locally over a longer period of time to temperatures above the normal operating temperature, which is equivalent to accelerating and thus anticipating the decompaction that takes place over time.
  • the increasing demands from generation to generation have meant that the tempering methods commonly used are no longer sufficient.
  • the maximum achievable temperature on the surface of the optical element is limited by the attachments already attached to the mirror.
  • the attachment parts and/or the connection between the attachment part and the mirror, which is often carried out as an adhesive connection, are temperature-sensitive, so that the maximum temperature used for tempering is limited to 60° Celsius. In order to achieve the current requirements for decompacting, this results in uneconomical annealing times of several weeks or months.
  • the heating of the surface of the optical element with infrared radiation which is also used, has the disadvantage that this requires very complex control of the surface temperature due to only partial absorption of the infrared radiation by the optical element and the resulting parasitic waste heat and this can easily occur in the event of a malfunction damage to the mirror surface can occur.
  • the object of the present invention is to provide a device which eliminates the disadvantages of the prior art described above.
  • An arrangement according to the invention for annealing at least a portion of an optical element for semiconductor lithography comprises an optical element. ment with an optical effective surface and a device for applying a temperature control fluid to at least some areas of the optical effective surface.
  • the device comprises a means for generating a defined, directed flow in the area of the optical effective surface.
  • the optical effective surface is the surface of the optical element which is exposed to the light used for imaging when using a corresponding semiconductor lithography system.
  • the measure according to the invention can ensure that the local heating by the tempering fluid is not subject to the rather chaotic and difficult to calculate convection flows, but can be set in a defined manner for each area to be tempered.
  • the device can comprise at least one feed which is designed to cause the directed flow.
  • the at least one feed can be arranged in the edge region of the optical element and designed to direct the flow in the direction of a central region of the optical effective surface. This measure takes into account the fact that the optical element usually suffers increased heat loss in its edge region. By supplying the tempering fluid in this region, this heat loss can be effectively counteracted.
  • the device can be set up to bring about locally different flow velocities of the temperature control fluid. Due to the possibility of realizing such local differences in the flow velocities, a desired heat transfer can be produced in a targeted and area-wise manner for local adaptation of the annealing process. It can be assumed that in areas with increased flow velocities the average temperature of the temperature control fluid is higher than in areas with low Lower flow velocities are slightly increased, since in the first-mentioned areas the exchange of the temperature control fluid per volume element takes place more quickly, in other words, warmer temperature control fluid is supplied more quickly. Since the heat transfer between the temperature control fluid and the respective surface depends, among other things, on the temperature difference between the surface and the fluid, a higher heat transfer is achieved in this way.
  • the means comprises a cover bell, which is arranged in such a way that a gap is formed at least in some areas by an inner surface of the cover bell and the optical active surface, the thickness of which does not exceed 20 mm at least in some areas, in particular in a range between 8 and 15 mm lies.
  • the gap is chosen to be comparatively thin, it can advantageously be achieved that the flow conditions perpendicular to the gap direction and thus essentially also perpendicular to the flow direction only change to a small extent, so that the setting of the locally desired flow conditions is simplified . In this case we can also speak of a two-dimensional flow.
  • the cover bell can be designed in such a way that the gap is narrowed in some areas. By narrowing the gap, a local increase in the flow velocity of the temperature control fluid can be easily achieved. In particular, the narrowing of the gap can be formed by an elevation on the cover bell. Depending on the topography of the tempered area, the narrowing can also be implemented in other ways.
  • the temperature control fluid can be removed in an advantageous manner by arranging a discharge in the central area of the cover bell.
  • the feed can have several feed segments. This has the advantage that the different feed segments can be subjected to differently set fluid properties, such as temperature and flow velocity.
  • several discharges can be formed in the cover bell, through which the temperature control fluid can be discharged in a defined manner.
  • a desired flow direction of the temperature control fluid can also be set for the respective application situation by positioning, dimensioning and aligning the discharges.
  • the device comprises a cooling device for cooling at least one surface of the optical element, it can be achieved that, for example, attachments already present on the optical element, which would react sensitively to higher temperatures, are protected from the harmful effects of the temperature control fluid.
  • At least one cooling device can be arranged on a side surface and/or on the back of the optical element. In this way, a greater heat flow is achieved within a base body of the optical element.
  • the optical element there can be a feed in the edge region of the optical element and a discharge at a distance of a few millimeters from the feed.
  • the distance between the feed and the discharge can be in the range between 10mm and 50mm, in particular approximately 20mm. For individual applications, distances of more than 50mm are also conceivable.
  • the discharge can be integrated in the cover bell and designed as a concentric gap so that the fluid is discharged upwards almost in the normal direction from the optical effective surface.
  • the already explained advantageous effect of the gap that forms between the cover bell in particular the formation of a two-dimensional flow between the cover bell and the optical effective surface, can also be used for defined cooling, especially in the edge region of the optical element be used.
  • the arrangement can include a temperature sensor.
  • the temperature sensor can be designed as a pyrometer and arranged in such a way that the line of sight of the pyrometer hits an area of the optical effective surface. In this way, the surface temperature can be recorded advantageously and without contact, which makes it possible to implement regulation.
  • FIG. 1 shows a schematic meridional section of a projection exposure system for EUV projection lithography
  • FIG. 2 shows a schematic meridional section of a projection exposure system for DUV projection lithography
  • Figure 3 is a schematic representation of a device according to the invention.
  • FIG. 4 shows a further embodiment of the invention
  • FIG. 5 is a diagram to explain the effect of different
  • FIG. 6 shows a further embodiment of the invention
  • FIG. 7 shows a further embodiment of the invention
  • FIG. 8 shows a further embodiment of the invention
  • FIG. 9 shows a further embodiment of the invention.
  • the essential components of a projection exposure system 1 for microlithography will first be described as an example with reference to FIG.
  • the description of the basic structure of the projection exposure system 1 and its components are not intended to be restrictive.
  • a lighting system 2 of the projection exposure system 1 has, in addition to a radiation source 3, lighting optics 4 for illuminating an object field 5 in an object plane 6.
  • the light source 3 can also be provided as a module separate from the other lighting system. In this case, the lighting system does not include the light source 3.
  • a reticle 7 arranged in the object field 5 is illuminated.
  • the reticle 7 is held by a reticle holder 8.
  • the reticle holder 8 can be displaced in particular in a scanning direction via a reticle displacement drive 9.
  • FIG. 1 A Cartesian xyz coordinate system is shown in FIG. 1 for explanation purposes.
  • the x direction runs perpendicular to the drawing plane.
  • the y-direction is horizontal and the z-direction is vertical.
  • the scanning direction in FIG. 1 runs along the y-direction.
  • the z direction runs perpendicular to the object plane 6.
  • the projection exposure system 1 includes projection optics 10.
  • the projection optics 10 is used to image the object field 5 into an image field 11 in an image plane 12.
  • the image plane 12 runs parallel to the object plane 6. Alternatively, an angle other than 0 ° is also between the object plane 6 and the Image level 12 possible.
  • a structure on the reticle 7 is imaged on a light-sensitive layer of a wafer 13 arranged in the area of the image field 11 in the image plane 12.
  • the wafer 13 is held by a wafer holder 14.
  • the wafer holder 14 can be displaced in particular along the y direction via a wafer displacement drive 15.
  • the displacement of the reticle 7 via the reticle displacement drive 9 and on the other hand the wafer 13 via the wafer displacement drive 15 can be synchronized with one another.
  • the radiation source 3 is an EUV radiation source.
  • the radiation source 3 emits in particular EUV radiation 16, which is also referred to below as useful radiation, illumination radiation or illumination light.
  • the useful radiation in particular has a wavelength in the range between 5 nm and 30 nm.
  • the radiation source 3 can be a plasma source, for example an LPP source (Laser Produced Plasma) or a DPP source. Source (Gas Discharged Produced Plasma, plasma produced by gas discharge). It can also be a synchrotron-based radiation source.
  • the radiation source 3 can be a free electron laser (FEL).
  • the illumination radiation 16, which emanates from the radiation source 3, is focused by a collector 17.
  • the collector 17 can be a collector with one or more ellipsoidal and/or hyperboloid reflection surfaces.
  • the at least one reflection surface of the collector 17 can be in grazing incidence (Grazing Incidence, Gl), i.e. with angles of incidence greater than 45° compared to the normal direction of the mirror surface, or in normal incidence (Normal Incidence, NI), i.e. with angles of incidence smaller than 45°. with the lighting radiation 16 are applied.
  • Gl grazing Incidence
  • NI normal incidence
  • the collector 17 can be structured and/or coated on the one hand to optimize its reflectivity for the useful radiation and on the other hand to suppress false light.
  • the intermediate focus plane 18 can represent a separation between a radiation source module, having the radiation source 3 and the collector 17, and the illumination optics 4.
  • the lighting optics 4 comprises a deflection mirror 19 and, downstream of it in the beam path, a first facet mirror 20.
  • the deflection mirror 19 can be a flat deflection mirror or alternatively a mirror with an effect that influences the bundle beyond the pure deflection effect.
  • the deflection mirror 19 can be designed as a spectral filter which separates a useful light wavelength of the illumination radiation 16 from false light of a wavelength that deviates from this.
  • the first facet mirror 20 is arranged in a plane of the illumination optics 4, which is optically conjugate to the object plane 6 as a field plane, it is also referred to as a field facet mirror.
  • the first facet mirror 20 includes a large number of individual first facets 21, which are also referred to below as field facets. Some of these facets 21 are shown in FIG. 1 only as examples.
  • the first facets 21 can be designed as macroscopic facets, in particular as rectangular facets or as facets with an arcuate or part-circular edge contour.
  • the first facets 21 can be designed as flat facets or alternatively as convex or concave curved facets.
  • the first facets 21 themselves can also each be composed of a large number of individual mirrors, in particular a large number of micromirrors.
  • the first facet mirror 20 can in particular be designed as a microelectromechanical system (MEMS system).
  • MEMS system microelectromechanical system
  • the illumination radiation 16 runs horizontally, i.e. along the y-direction.
  • a second facet mirror 22 is located downstream of the first facet mirror 20 in the beam path of the illumination optics 4. If the second facet mirror 22 is arranged in a pupil plane of the illumination optics 4, it is also referred to as a pupil facet mirror. The second facet mirror 22 can also be arranged at a distance from a pupil plane of the lighting optics 4. In this case, the combination of the first facet mirror 20 and the second facet mirror 22 is also referred to as a specular reflector. Specular Reflectors are known from US 2006/0132747 A1, EP 1 614 008 B1 and US 6,573,978.
  • the second facet mirror 22 comprises a plurality of second facets 23.
  • the second facets 23 are also referred to as pupil facets.
  • the second facets 23 can also be macroscopic facets, which can have, for example, round, rectangular or even hexagonal edges, or alternatively they can be facets composed of micromirrors. In this regard, reference is also made to DE 10 2008 009 600 A1.
  • the second facets 23 can have flat or alternatively convex or concave curved reflection surfaces.
  • the lighting optics 4 thus forms a double faceted system.
  • This basic principle is also known as the honeycomb condenser (fly's eye integrator).
  • the second facet mirror 22 may be arranged tilted relative to a pupil plane of the projection optics 10, as described for example in DE 10 2017 220 586 A1.
  • the second facet mirror 22 is the last beam-forming mirror or actually the last mirror for the illumination radiation 16 in the beam path in front of the object field 5.
  • transmission optics can be arranged in the beam path between the second facet mirror 22 and the object field 5, which contributes in particular to the imaging of the first facets 21 into the object field 5.
  • the transmission optics can have exactly one mirror, but alternatively also two or more mirrors, which are arranged one behind the other in the beam path of the lighting optics 4.
  • the transfer can include one or two mirrors for perpendicular incidence (NL mirror, normal incidence mirror) and/or one or two mirrors for grazing incidence (Gl mirror, gracing incidence mirror).
  • the lighting optics 4 has exactly three mirrors after the collector 17, namely the deflection mirror 19, the field facet mirror 20 and the pupil facet mirror 22.
  • the deflection mirror 19 can also be omitted, so that the illumination optics 4 can then have exactly two mirrors after the collector 17, namely the first facet mirror 20 and the second facet mirror 22.
  • the imaging of the first facets 21 into the object plane 6 by means of the second facets 23 or with the second facets 23 and a transmission optics is generally only an approximate image.
  • the projection optics 10 comprises a plurality of mirrors Mi, which are numbered consecutively according to their arrangement in the beam path of the projection exposure system 1.
  • the projection optics 10 comprises six mirrors M1 to M6. Alternatives with four, eight, ten, twelve or another number of mirrors Mi are also possible.
  • the penultimate mirror M5 and the last mirror M6 each have a passage opening for the illumination radiation 16.
  • the projection optics 10 are double-obscured optics.
  • the projection optics 10 has an image-side numerical aperture that is larger than 0.5 and which can also be larger than 0.6 and which can be, for example, 0.7 or 0.75.
  • Reflection surfaces of the mirrors Mi can be designed as free-form surfaces without an axis of rotational symmetry.
  • the reflection surfaces of the mirrors Mi can be designed as aspherical surfaces with exactly one axis of rotational symmetry of the reflection surface shape.
  • the Mi mirrors can, just like the mirrors of the Illumination optics 4, have highly reflective coatings for the illumination radiation 16. These coatings can be designed as multilayer coatings, in particular with alternating layers of molybdenum and silicon.
  • the projection optics 10 has a large object image offset in the y direction between a y coordinate of a center of the object field 5 and a y coordinate of the center of the image field 11.
  • This object-image offset in the y direction can be approximately as large as a z distance between the object plane 6 and the image plane 12.
  • the projection optics 10 can in particular be anamorphic. In particular, it has different image scales ßx, ßy in the x and y directions.
  • a positive image scale ß means an image without image inversion.
  • a negative sign for the image scale ß means an image with image inversion.
  • the projection optics 10 thus leads to a reduction in size in the x direction, that is to say in the direction perpendicular to the scanning direction, in a ratio of 4:1.
  • the projection optics 10 leads to a reduction of 8:1 in the y direction, that is to say in the scanning direction.
  • Image scales are also possible. Image scales of the same sign and absolutely the same in the x and y directions, for example with absolute values of 0.125 or 0.25, are also possible.
  • the number of intermediate image planes in the x and y directions in the beam path between the object field 5 and the image field 11 can be the same or, depending on the design of the projection optics 10, can be different. Examples of projection optics with different numbers of such intermediate images in the x and y directions are known from US 2018/0074303 A1.
  • One of the pupil facets 23 is assigned to exactly one of the field facets 21 to form an illumination channel for illuminating the object field 5. arranges. This can in particular result in lighting based on the Köhler principle.
  • the far field is broken down into a large number of object fields 5 using the field facets 21.
  • the field facets 21 generate a plurality of images of the intermediate focus on the pupil facets 23 assigned to them.
  • the field facets 21 are each imaged onto the reticle 7 by an assigned pupil facet 23, superimposed on one another, in order to illuminate the object field 5.
  • the illumination of the object field 5 is in particular as homogeneous as possible. It preferably has a uniformity error of less than 2%. Field uniformity can be achieved by overlaying different lighting channels.
  • the illumination of the entrance pupil of the projection optics 10 can be geometrically defined by an arrangement of the pupil facets.
  • the intensity distribution in the entrance pupil of the projection optics 10 can be adjusted. This intensity distribution is also referred to as the lighting setting.
  • a likewise preferred pupil uniformity in the area of defined illuminated sections of an illumination pupil of the illumination optics 4 can be achieved by redistributing the illumination channels.
  • the projection optics 10 can in particular have a homocentric entrance pupil. This can be accessible. It can also be inaccessible.
  • the entrance pupil of the projection optics 10 cannot regularly be illuminated precisely with the pupil facet mirror 22.
  • the aperture rays often do not intersect at a single point.
  • an area can be found in which the paired Correct distance between the aperture beams becomes minimal.
  • This surface represents the entrance pupil or a surface conjugate to it in the spatial space. In particular, this surface shows a finite curvature.
  • the projection optics 10 have different positions of the entrance pupil for the tangential and the sagittal beam path.
  • an imaging element in particular an optical component of the transmission optics, should be provided between the second facet mirror 22 and the reticle 7. With the help of this optical element, the different positions of the tangential entrance pupil and the sagittal entrance pupil can be taken into account.
  • the pupil facet mirror 22 is arranged in a surface conjugate to the entrance pupil of the projection optics 10.
  • the field facet mirror 20 is tilted relative to the object plane 6.
  • the first facet mirror 20 is arranged tilted to an arrangement plane that is defined by the deflection mirror 19.
  • the first facet mirror 20 is arranged tilted to an arrangement plane which is defined by the second facet mirror 22.
  • Figure 2 shows a schematic meridional section of another projection exposure system 101 for DUV projection lithography, in which the invention can also be used.
  • the structure of the projection exposure system 101 and the principle of the imaging is comparable to the structure and procedure described in Figure 1.
  • the same components are designated with a reference number increased by 100 compared to Figure 1, so the reference numbers in Figure 2 begin with 101.
  • the projection exposure system 101 essentially comprises an illumination system 102, a reticle holder 108 for holding and precisely positioning a reticle 107 provided with a structure, through which the later structures on a wafer 113 are determined, and a wafer holder 114 for holding, moving and precisely positioning this wafer 113 and a projection lens 110, with a plurality of optical elements 117, which are held via mounts 118 in a lens housing 119 of the projection lens 110.
  • the illumination system 102 provides DUV radiation 116 required for imaging the reticle 107 on the wafer 113.
  • a laser, a plasma source or the like can be used as the source for this radiation 116.
  • the radiation 116 is shaped in the illumination system 102 via optical elements in such a way that the DUV radiation 116 has the desired properties in terms of diameter, polarization, shape of the wavefront and the like when it hits the reticle 107.
  • the structure of the subsequent projection optics 110 with the lens housing 119 does not differ in principle from the structure described in Figure 1 except for the additional use of refractive optical elements 117 such as lenses, prisms, end plates and is therefore not described further.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a device 30 according to the invention for annealing an optical element Mx, 117, which can be used in one of the projection exposure systems 1, 101 explained in Figure 1 and Figure 2.
  • the device 30 comprises a cover bell 31, hereinafter also referred to as a bell 31, which has a geometry corresponding to an optical effective surface 24 of the optical element Mx, 117, so that a gap 39 exists between the optical effective surface 24 and an inner surface 37 of the bell 31 is trained.
  • the bell 31 is in the embodiment shown in FIG. form at least partially made of copper, although other materials are also conceivable.
  • the bell 31 has feeds 35 on the edge of the optical effective surface 24 for generating a defined, directed flow in the gap 39, which is shown by an arrow in FIG.
  • the feeds 35 are via feed lines
  • the fluid supply device 32 for example, prepares a temperature control fluid designed as a gas and provides it at a predetermined pressure and a predetermined temperature.
  • Inert gases are particularly suitable as gases in order to avoid damage to the coating, for example nitrogen with correspondingly low O2 or H 2 O partial pressures.
  • noble gases such as helium are also suitable.
  • the bell 31 includes a discharge 36 in its center, which has a discharge
  • the fluid supply device 32 is also connected to the fluid supply device 32, so that the temperature control fluid is circulated. It is also possible for the fluid supply device 32 to provide temperature control fluid with different pressure and/or temperature for different and independent feed lines 33 for one or more feeds 35.
  • the temperature control fluid flows at a defined speed, direction and a defined temperature from the feed 35 into the gap 39, which has a height h s in a range from a few hundred micrometers to a few centimeters, preferably in the range of one centimeter, and acts like a channel . This has the advantage that the flow of the temperature control fluid is effectively converted from a three-dimensional flow into a less complex and more manageable two-dimensional flow.
  • the convection forced in this way causes the mirror Mx, 117 to heat up on the optical effective surface 24 as the warm temperature control fluid flows past and, due to the heat flow in the mirror material, causes the heating of an area of smaller than 2 mm, preferably smaller than 1 mm, particularly preferably smaller 0.5 mm below the optical effective surface 24 in the base body 25 of the Mirror Mx, 117, which corresponds to the area to be tempered, to the temperature required for tempering.
  • the temperature that occurs during constant convection in the heated area of the mirror Mx, 117 and the temperature gradient from the edge to the center of the optical effective surface 24 depends on the amount of heat absorbed by the temperature control fluid through the mirror Mx, 117 and the heat conduction in the mirror Mx, 117.
  • the amount of heat absorbed depends both on the temperature and the flow rate of the temperature control fluid, whereby a laminar flow is assumed, and on the temperature difference between the temperature control fluid and the optical effective surface 24.
  • the heat conduction through the mirror Mx, 117 depends on the thermal conductivity of the material used and on the temperature difference determined by the distance to the side surfaces 43 and the back 44 of the base body 25 opposite the optical active surface 24. This results in a higher heat flow in the area of the side surfaces 43.
  • the height h s of the gap 39 is locally varied over the radius, as in the embodiment shown in Figure 4 and Figure 5 is explained in detail.
  • Figure 4 shows a further embodiment of a device 30 for tempering a mirror Mx, 117, wherein the inner surface 37 of the bell 31 has a concentric elevation 38.
  • the elevation 38 leads to a variation in the height h s of the gap 39 over the length of the gap 39 and causes changes in the local flow velocity of the tempering fluid over the length of the gap 39 from the edge to the center of the optical active surface 24.
  • the elevation 38 is designed such that the temperature distribution resulting from the heating of the optical active surface 24 and the minimum area below the optical active surface 24 explained above is homogeneous, i.e. with a minimum temperature gradient of less than 1 K.
  • Figure 5 shows a diagram which shows the temperature distribution and the resulting temperature gradient from a central area of the optical effective surface 24 to its edge area for different variants v1 to v4 of the gap 39.
  • an initial state is shown with a gap 39 with a constant height h s over the length of the gap 39.
  • the temperature falling towards the edge area is clearly visible, which is due to the higher heat flow in the edge area.
  • the gap 39 in the edge region shows a regional reduction in the height h s due to an elevation 38 in the inner surface 37 of the bell 31, as already explained in FIG. 4.
  • the elevation is in the range of 20% of the initial height h s of the gap 39.
  • the associated local temperature increase in the area of the elevation 38 is clearly visible in the figure.
  • the local temperature increase is due to the fact that the narrowing of the gap causes an increase in the flow velocity in the covered area. This means that the residence time of a volume element of the temperature control fluid is somewhat reduced compared to the non-narrowed areas, which in turn means that the temperature control fluid in the corresponding volume element is not cooled to the same extent via the adjacent optical effective surface 24 as would be the case with a longer residence time .
  • the temperature difference between the temperature control fluid and the corresponding area of the optical effective surface 24 is higher over time than in those areas of the optical effective surface which are arranged in non-narrowed areas of the gap 39, which results in increased heat transfer from the temperature control fluid the optical effective surface 24 leads in the area of the narrowings of the gap 39.
  • a second embodiment v2 also in the edge area, has a regional increase in the height h s of the gap 39v2 through a depression in the inner surface 37 of the bell 31 in the range of 20% of the initial gap height h s .
  • the opposite effect is clearly visible in the figure, i.e. a relative reduction in the temperature in the corresponding area.
  • a third embodiment v3 has a linear increase in the gap height h s from the edge to the center of the optical effective surface 24, the maximum gap height hsmax of the gap 39 V 3 being 50% larger than the initial gap height h s .
  • the comparatively homogeneous course of the temperature is also clearly visible in the figure, although in all cases the central temperature drop is not taken into account.
  • the central temperature drop can be eliminated by appropriately adjusting the drain design.
  • a fourth embodiment v4 combines the depression explained in the second embodiment v2 with the linear increase in the gap height h s of the third embodiment v3.
  • the diagram shows that the third embodiment has the smallest temperature difference between the edge and the center under the exemplary boundary conditions on which the experiment is based. The strong drop in temperature towards the center is not taken into account in the evaluation.
  • embodiments v1 to v4 only serve as illustrations to show that the local heat input can be influenced to a sufficient extent in order to achieve the necessary homogeneity of the temperature distribution.
  • An optimal shape of the bell can be developed on a case-by-case basis using an optimization algorithm.
  • a deformable cover bell is also conceivable, in which the gap height h s can be varied locally in almost any way. This has the advantage that a cover bell can be adapted to different geometries of the optical effective surface and the gap height h s and thus the heat input into the mirror Mx, 117, can be adapted during a tempering process.
  • feeds 35 can also be formed in the cover bell 31, distributed over the optical effective surface 24, for example in the form of nozzles. In combination with sensor technology explained below This allows the flow properties to be adjusted over the length of the gap.
  • FIG. 6 shows a further embodiment of a device 40 for annealing an optical element Mx, 117, in which a section through the gap 39 is shown.
  • the device 40 has a feed 41 divided into several feed segments 41.1, 41.2. This has the advantage that the different feed segments 41.1, 41.2 can be supplied with differently set fluid properties, such as temperature and flow velocity.
  • the feed segments 41.1, 41.2 are in turn arranged on the edge of the mirror Mx, 117, which is rectangular in the embodiment shown in FIG. 6.
  • the feed segments 41.1, 41.2 comprise four or two openings to form the defined, directed flow.
  • the openings can also be designed as nozzles with defined flow profiles.
  • the defined directed flows are shown in the form of arrows in FIG.
  • FIG 7 shows a further embodiment of a device 50 for annealing an optical element Mx, 117, which is designed in principle like the embodiment explained in Figure three.
  • the inner surface 57 of the cover bell 51 is already designed in such a way that an advantageous linear enlargement of the gap 59 results.
  • cooling devices 58.1, 58.2, 58.3 are arranged on the side surfaces 43 and on the back 44 of the mirror Mx, 117, which lead to a greater heat flow within the base body 25 of the mirror Mx, 117, whereby the temperature in the area of possible attachments (not shown) is advantageously kept below a critical temperature, such as 60 ° C.
  • the heat dissipation through the cooling devices 58.1, 58.2, 58.3 is in 7 shown by arrows. Due to the resulting changed boundary conditions, the properties of the defined directed flow in the gap 59 must be adapted compared to a structure without cooling devices 58.1, 58.2, 58.3 by adjusting the temperature and/or the local flow velocities in the gap 59, as explained above.
  • FIG 8 shows a further embodiment of a device 60 for tempering an optical element Mx, 117, in which cooling of the optical active surface 24 is realized in the edge region of the base body 25 by forced convection.
  • a cooling fluid used for this purpose flows from a feed 65 from the edge radially towards the center of the optical active surface 24 and is discharged again after a few centimeters through a discharge 66.
  • the discharge 66 is integrated in the cover bell 61 and is designed as a concentric gap, so that the cooling fluid is discharged upwards almost in the normal direction from the optical active surface 24.
  • a feed 63 for the tempering fluid for tempering the optical active surface 24 and the area of the mirror Mx, 117 immediately below is formed in the bell 61.
  • the defined directed flow is directed towards the centre of the optical active surface 24 and, as explained above in Figure 3, is discharged again through a discharge 64 arranged above the centre of the optical active surface 24.
  • the gap 69 is also designed in this embodiment to set a small temperature gradient across the surface to be tempered.
  • This embodiment has the advantage that no additional sealing is necessary between the tempering bell 61 and the mirror Mx, 117, so that the device 60 can also be used without mechanical contact with the base body 25.
  • FIG. 9 shows a further embodiment of a device 70 for annealing an optical element Mx, 117, which comprises a temperature sensor designed as a pyrometer 74.
  • the pyrometer 74 is arranged such that the line of sight 76 of the pyrometer 74 through a cover glass 75, which is designed as part of the derivative 73 of the device 70, directly hits the center of the optical effective surface 24 and can record the surface temperature.
  • additional pyrometers 74 can also detect a surface temperature at other points on the optical effective surface 24 through cover glasses 75 embedded in the cover bell 71.
  • the device 70 can further include a control (not shown), so that with the help of the temperatures recorded by the pyrometers 74 and with a deformable cover bell explained in FIG. 5, the flow in the gap 79 can be regulated by the control in such a way that the temperature gradient can be trained towards zero.
  • the cover bell 17 from a material with a low IR absorption coefficient, so that practically all areas of interest of the optical element Mx,117 are accessible to measurement with a pyrometer.
  • an infrared camera instead of the pyrometer or in addition to it.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Tempern mindestens eines Teilbereichs eines optischen Elementes (Mx,117) für die Halbleiterlithografie, umfassend - ein optisches Element (Mx,117) mit einer optischen Wirkfläche (24) - eine Vorrichtung (30,40,50,60,70) zum mindestens bereichsweisen Beaufschlagen der optischen Wirkfläche (24) mit einem Temperierfluid. Dabei umfasst die Vorrichtung (30,40,50,60,70) ein Mittel (31,51,61,71) zur Erzeugung einer definierten gerichteten Strömung im Bereich der optischen Wirkfläche (24).

Description

Anordnung zum Tempern mindestens eines Teilbereichs eines optischen Elementes
Die vorliegende Anmeldung nimmt die Priorität der deutschen Patentanmeldung DE 10 2022 210 037.9 vom 23.09.2022 in Anspruch, deren Inhalt hierin durch Bezugnahme vollumfänglich aufgenommen wird.
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Tempern mindestens eines Teilbereichs eines optischen Elementes, insbesondere eines optischen Elementes einer Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithografie.
Projektionsbelichtungsanlagen für die Halbleiterlithografie sind darauf angewiesen, dass die zur Abbildung einer Maske in eine Bildebene genutzten optischen Elemente eine hohe Genauigkeit ihrer Oberflächenform aufweisen, wobei dies durch die höhere optische Sensitivität insbesondere für reflektive optische Elemente, wie beispielsweise Spiegel, gilt.
Diese finden sowohl in Projektionsbelichtungsanlagen mit einer für die Abbildung verwendeten elektromagnetischen Strahlung in einem Wellenlängenbereich von 100nm bis 300nm, dem sogenannten DUV-Bereich, als auch in Projektionsbelichtungsanlagen für einen EUV-Wellenlängenbereich von 1 nm bis 120nm, insbesondere bei 13,5nm Anwendung, wobei im EUV-Bereich nur noch reflektive optische Elemente zum Einsatz kommen.
Methoden zur Korrektur der Oberflächenform von optischen Elementen sind insbesondere aus US 6 844 272 B2, US 6 849 859 B2, DE 102 39 859 A1 , US 6 821 682 B1 , US 2004 0061868 A1 , US 2003 0006214 A1 , US 2003 00081722 A1 , US 6 898 011 B2, US 7 083 290 B2, US 7 189 655 B2, US 2003 0058986 A1 , DE 10 2007 051 291 A1 , EP 1 521 155 A2 und US 4 298 247 bekannt.
Einige der in den genannten Schriften aufgeführten Korrekturmethoden basieren darauf, das Substratmaterial von optischen Elementen durch Bestrahlung lokal zu verdichten. Hierdurch wird eine Veränderung der Oberflächenform des optischen Elements in der Nähe der bestrahlten Bereiche erzielt. Andere Methoden basieren auf einem direkten Oberflächenabtrag des optischen Elements. Wiederum andere der genannten Methoden nutzen die thermische oder elektrische Verformbarkeit von Materialien, um den optischen Elementen räumlich ausgedehnte Oberflächenformänderungen aufzuprägen.
Die DE 10 2011084117 A1 und die WO 2011 /020655 A1 offenbaren Methoden, um das reflektierende optische Element zusätzlich zur Korrektur der Oberflächenform vor einer langfristigen Verdichtung (nachfolgend als „Kompaktierung“ bezeichnet) in der Größenordnung von einigen Vol.-% bzw. Alterung des Substratmaterials aufgrund von EUV-Strahlung zu schützen. Dazu wird die Oberfläche des reflektierenden optischen Elementes homogen mit Strahlung beaufschlagt und damit verdichtet und/oder mit einer Schutzschicht beschichtet. Beide Verfahren verhindern insbesondere das Eindringen der EUV-Strahlung in das Substratmaterial. Dadurch können langfristig unzulässige Oberflächenverformungen durch Kompaktierung des Materials durch die EUV-Strahlung verhindert werden.
Als Ursache der Kompaktierung bzw. Alterung von Substratmaterialien, wie zum Beispiel Zerodur® von der Schott AG oder ULE® von Coming Inc. mit einem Anteil von mehr als 40 Vol.-% SiO2, wird angenommen, dass bei den hohen Herstelltemperaturen des Substratmaterials ein thermodynamischer Ungleichgewichtszustand eingefroren wird, welcher bei EUV-Bestrahlung in einen thermodynamischen Grundzustand übergeht. Passend zu dieser Hypothese lassen sich Beschichtungen aus SiO2 herstellen, die keine solche Kompaktierung zeigen, da bei entsprechend gewählter Beschichtungsmethode diese Schichten bei wesentlich niedrigeren Temperaturen als das Substratmaterial hergestellt werden.
Die Kompaktierung geht über die Zeit zurück, wodurch sich die Oberflächenform wiederum verändert. Dieser Rückgang der Kompaktierung, der im Folgenden auch als Dekompaktierung bezeichnet wird, beruht vermutlich auf einer Relaxation der durch die Bestrahlung im Material erzeugten Defektzustände. Die über die Zeit durch die Dekompaktierung während des Betriebs verursachten Veränderungen der Oberflächenform können durch Tempern des optischen Elementes während der Fertigung vorweggenommen werden. Dadurch werden die möglicherweise verbleibende Dekompaktierung und die daraus folgenden Veränderungen der Oberfläche während des Betriebes auf ein Minimum reduziert. Dazu wird das optische Element homogen oder lokal über einen längeren Zeitraum auf Temperaturen über der normalen Betriebstemperatur erwärmt, was einer Beschleunigung und dadurch einer Vorwegnahme der über die Zeit stattfindenden Dekompaktierung gleichkommt. Die von Generation zu Generation steigenden Anforderungen haben dazu geführt, dass die üblicherweise verwendeten Tempermethoden nicht mehr ausreichend sind.
Beim konventionellen Tempern in einem Ofen ist die an der Oberfläche des beispielsweise als Spiegel ausgebildeten optischen Elementes maximal erreichbare Temperatur durch die bereits an dem Spiegel angebrachten Anbauteile beschränkt. Die Anbauteile und/oder die häufig als Klebeverbindung ausgeführte Verbindung des Anbauteils mit dem Spiegel sind temperatursensibel, so dass die maximale zum Tempern genutzte Temperatur auf 60° Celsius beschränkt ist. Zur Erreichung der aktuellen Anforderungen an eine Dekompaktierung ergeben sich dadurch nicht wirtschaftliche Temperzeiten von mehreren Wochen oder Monaten.
Die ebenfalls verwendete Erwärmung der Oberfläche des optischen Elementes mit Infrarot-Strahlung hat den Nachteil, dass diese durch eine nur teilweise Absorption der Infrarotstrahlung durch das optische Element und der daraus resultierenden parasitären Abwärme eine sehr komplexe Regelung der Oberflächentemperatur erfordert und es bei einer Fehlfunktion leicht zu einer Beschädigung der Spiegeloberfläche kommen kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung bereitzustellen, welche die oben beschriebenen Nachteile des Standes der Technik beseitigt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen und Varianten der Erfindung.
Eine erfindungsgemäße Anordnung zum Tempern mindestens eines Teilbereichs eines optischen Elementes für die Halbleiterlithografie umfasst ein optisches Ele- ment mit einer optischen Wirkfläche sowie eine Vorrichtung zum mindestens bereichsweisen Beaufschlagen der optischen Wirkfläche mit einem Temperierfluid. Dabei umfasst die Vorrichtung erfindungsgemäß ein Mittel zur Erzeugung einer definierten gerichteten Strömung im Bereich der optischen Wirkfläche. Bei der optischen Wirkfläche handelt es sich um diejenige Fläche des optischen Elementes, welche bei der Verwendung einer entsprechenden Anlage der Halbleiterlithografie mit dem zur Abbildung benutzten Licht beaufschlagt wird. Dadurch, dass eine definierte gerichtete Strömung hergestellt wird, kann erreicht werden, dass die Temperierung des optischen Elementes in verbesserter Weise innerhalb der gewünschten Parameter gehalten werden kann. Im Unterschied beispielsweise zu einem Tempervorgang in einem Ofen kann durch die erfindungsgemäße Maßnahme erreicht werden, dass die lokale Heizung durch das Temperierfluid nicht den sich eher chaotisch darstellenden und schwer zu berechnenden Konvektionsströmungen unterworfen ist, sondern für jeden zu tempernden Bereich definiert eingestellt werden kann.
Dabei kann die Vorrichtung mindestens eine Zuführung umfassen, welche dazu eingerichtet ist, die gerichtete Strömung zu bewirken. Insbesondere kann die mindestens eine Zuführung im Randbereich des optischen Elementes angeordnet und dazu eingerichtet sein, die Strömung in Richtung eines zentralen Bereiches der optischen Wirkfläche auszurichten. Durch diese Maßnahme wird dem Umstand Rechnung getragen, dass das optische Element üblicherweise gerade in seinem Randbereich einen erhöhten Wärmeverlust erleidet. Dadurch, dass das Temperierfluid gerade in diesem Bereich zugeführt wird, kann diesem Wärmeverlust effektiv entgegengewirkt werden.
In einer vorteilhaften Variante der Erfindung kann die Vorrichtung dazu eingerichtet sein, lokal unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten des Temperierfluids zu bewirken. Durch die Möglichkeit, derartige lokale Unterschiede in den Strömungsgeschwindigkeiten zu realisieren, kann gezielt und bereichsweise ein gewünschter Wärmeübergang zur lokalen Anpassung des Tempervorgangs hergestellt werden. So ist davon auszugehen, dass in Bereichen mit erhöhten Strömungsgeschwindigkeiten die mittlere Temperatur des Temperierfluids gegenüber Bereichen mit gerin- geren Strömungsgeschwindigkeiten etwas erhöht ist, da in den zuerst genannten Bereichen der Austausch des Temperierfluides pro Volumenelement schneller vonstattengeht, also mit anderen Worten schneller wärmeres Temperierfluid nachgeliefert wird. Da der Wärmeübergang zwischen dem Temperierfluid und der jeweiligen Fläche unter anderem vom Temperaturunterschied zwischen Fläche und Fluid abhängt, wird auf diese Weise ein höherer Wärmeübergang erzielt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst das Mittel eine Abdeckglocke, die derart angeordnet ist, dass mindestens bereichsweise durch eine Innenfläche der Abdeckglocke und die optische Wirkfläche ein Spalt gebildet wird, dessen Dicke mindestens bereichsweise 20mm nicht überschreitet, insbesondere in einem Bereich zwischen 8 und 15mm liegt. Dadurch, dass der Spalt vergleichsweise dünn gewählt wird, kann in vorteilhafter Weise erreicht werden, dass sich die Strömungsverhältnisse senkrecht zur Spaltrichtung und damit im Wesentlichen auch senkrecht zur Strömungsrichtung nur in einem geringen Umfang ändern, so dass die Einstellung der jeweils lokal gewünschten Strömungsverhältnisse vereinfacht wird. In diesem Fall kann auch von einer zweidimensionalen Strömung gesprochen werden.
Dabei kann die Abdeckglocke derart ausgebildet sein, dass der Spalt bereichsweise verengt ausgebildet ist. Durch die Verengung des Spaltes kann auf einfache Weise eine lokale Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des Temperierfluides erreicht werden. Insbesondere kann die Verengung des Spalts durch eine Erhebung auf der Abdeckglocke gebildet sein. In Abhängigkeit von der Topographie der temperierten Fläche kann die Verengung auch auf andere Weise realisiert werden.
Das Temperierfluid kann auf vorteilhafte Weise dadurch abgeführt werden, dass eine Abführung in dem zentralen Bereich der Abdeckglocke angeordnet ist.
In einer Variante der Erfindung kann die Zuführung mehrere Zuführungssegmente aufweisen. Dies hat den Vorteil, dass die verschiedenen Zuführungssegmente mit unterschiedlich eingestellten Fluideigenschaften, wie Temperatur und Strömungsgeschwindigkeit, beaufschlagt werden können. Ebenso können in der Abdeckglocke mehrere Abführungen ausgebildet sein, durch welche das Temperierfluid definiert abgeführt werden kann. Auch durch die Positionierung, Dimensionierung und Ausrichtung der Abführungen kann selbstverständlich eine gewünschte Strömungsrichtung des Temperierfluids für die jeweilige Anwendungssituation eingestellt werden.
Dadurch, dass die Vorrichtung eine Kühlvorrichtung zur Kühlung mindestens einer Fläche des optischen Elementes umfasst, kann erreicht werden, dass beispielsweise bereits am optischen Element vorhandene Anbauteile, welche sensitiv auf höhere Temperaturen reagieren würden, vor einer schädlichen Einwirkung des Temperierfluids geschützt werden.
Dabei kann mindestens eine Kühlvorrichtung an einer Seitenfläche und/oder an der Rückseite des optischen Elements angeordnet sein. Auf diese Weise wird ein größerer Wärmeabfluss innerhalb eines Grundkörpers des optischen Elements erreicht.
In einer vorteilhaften Variante der Erfindung kann eine Zuführung im Randbereich des optischen Elementes und in Abstand von wenigen Millimetern von der Zuführung eine Abführung vorhanden sein. Auf diese Weise kann im Randbereich des Grundkörpers eine durch erzwungene Konvektion bewirkte bereichsweise Kühlung realisiert sein. Der Abstand der Zuführung von der Abführung kann dabei insbesondere im Bereich zwischen 10mm und 50mm, insbesondere bei ca. 20mm liegen. Für einzelne Anwendungen sind auch Abstände im Bereich von mehr als 50mm denkbar.
Dabei kann die Abführung in der Abdeckglocke integriert und als ein konzentrischer Spalt ausgeführt sein, so dass das Fluid nahezu in Normalenrichtung von der optischen Wirkfläche nach oben abgeführt wird.
Hierdurch kann die bereits erläuterte vorteilhafte Wirkung des sich zwischen der Abdeckglocke ausbildenden Spaltes, insbesondere die Ausbildung einer zweidimensionalen Strömung zwischen der Abdeckglocke und der optischen Wirkfläche auch für eine definierte Kühlung insbesondere im Randbereich des optischen Elementes genutzt werden. Damit können beispielsweise im Randbereich befindliche Anbauteile effektiv vor einer schädlichen Erwärmung geschützt werden, während dennoch der erwünschte Tempervorgang in den betreffenden Bereichen der optischen Wirkfläche erfolgen kann.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann die Anordnung einen Temperatursensor umfassen. Dabei kann der Temperatursensor als Pyrometer ausgebildet und derart angeordnet sein, dass die Sichtlinie des Pyrometers auf einen Bereich der der optischen Wirkfläche trifft. Auf diese Weise kann vorteilhaft und berührungslos die Oberflächentemperatur erfasst werden, wodurch es möglich wird, eine Regelung zu realisieren.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele und Varianten der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
Figur 1 schematisch im Meridionalschnitt eine Projektionsbelichtungsanlage für die EUV-Projektionslithografie,
Figur 2 schematisch im Meridionalschnitt eine Projektionsbelichtungsanlage für die DUV-Projektionslithografie,
Figur 3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Figur 4 eine weitere Ausführungsform der Erfindung,
Figur 5 ein Diagramm zur Erläuterung der Auswirkung unterschiedlicher
Ausführungsformen,
Figur 6 eine weitere Ausführungsform der Erfindung,
Figur 7 eine weitere Ausführungsform der Erfindung,
Figur 8 eine weitere Ausführungsform der Erfindung, und
Figur 9 eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Im Folgenden werden zunächst unter Bezugnahme auf die Figur 1 exemplarisch die wesentlichen Bestandteile einer Projektionsbelichtungsanlage 1 für die Mikrolithografie beschrieben. Die Beschreibung des grundsätzlichen Aufbaus der Projektionsbelichtungsanlage 1 sowie deren Bestandteile sind hierbei nicht einschränkend verstanden.
Eine Ausführung eines Beleuchtungssystems 2 der Projektionsbelichtungsanlage 1 hat neben einer 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 separates Modul bereitgestellt sein. In diesem Fall umfasst das Beleuchtungssystem die Lichtquelle 3 nicht.
Beleuchtet wird ein im Objektfeld 5 angeordnetes Retikel 7. Das Retikel 7 ist von einem Retikelhalter 8 gehalten. Der Retikelhalter 8 ist über einen Retikelverlage- rungsantrieb 9 insbesondere in einer Scanrichtung verlagerbar.
In der Figur 1 ist zur Erläuterung ein kartesisches xyz-Koordinatensystem eingezeichnet. Die x-Richtung verläuft senkrecht zur Zeichenebene hinein. Die y-Richtung verläuft horizontal und die z-Richtung verläuft vertikal. Die Scanrichtung verläuft in der Fig. 1 längs der y-Richtung. Die z-Richtung verläuft senkrecht zur Objektebene 6.
Die Projektionsbelichtungsanlage 1 umfasst eine Projektionsoptik 10. Die Projektionsoptik 10 dient zur Abbildung des Objektfeldes 5 in ein Bildfeld 11 in einer Bildebene 12. Die Bildebene 12 verläuft parallel zur Objektebene 6. Alternativ ist auch ein von 0° verschiedener Winkel zwischen der Objektebene 6 und der Bildebene 12 möglich.
Abgebildet wird eine Struktur auf dem Retikel 7 auf eine lichtempfindliche Schicht eines im Bereich des Bildfeldes 11 in der Bildebene 12 angeordneten Wafers 13. Der Wafer 13 wird von einem Waferhalter 14 gehalten. Der Waferhalter 14 ist über einen Waferverlagerungsantrieb 15 insbesondere längs der y-Richtung verlagerbar. Die Verlagerung einerseits des Retikels 7 über den Retikelverlagerungsantrieb 9 und andererseits des Wafers 13 über den Waferverlagerungsantrieb 15 kann synchronisiert zueinander erfolgen.
Bei der Strahlungsquelle 3 handelt es sich um eine EUV-Strahlungsquelle. Die Strahlungsquelle 3 emittiert insbesondere EUV-Strahlung 16, welche im Folgenden auch als Nutzstrahlung, Beleuchtungsstrahlung oder Beleuchtungslicht bezeichnet wird. Die Nutzstrahlung hat insbesondere eine Wellenlänge im Bereich zwischen 5 nm und 30 nm. Bei der Strahlungsquelle 3 kann es sich um eine Plasmaquelle handeln, zum Beispiel um eine LPP-Quelle (Laser Produced Plasma, mithilfe eines Lasers erzeugtes Plasma) oder um eine DPP-Quelle (Gas Discharged Produced Plasma, mittels Gasentladung erzeugtes Plasma). Es kann sich auch um eine synchrotronbasierte Strahlungsquelle handeln. Bei der Strahlungsquelle 3 kann es sich um einen Freie-Elektronen-Laser (Free-Electron-Laser, FEL) handeln.
Die Beleuchtungsstrahlung 16, die von der Strahlungsquelle 3 ausgeht, wird von einem Kollektor 17 gebündelt. Bei dem Kollektor 17 kann es sich um einen Kollektor mit einer oder mit mehreren ellipsoidalen und/oder hyperboloiden Reflexionsflächen handeln. Die mindestens eine Reflexionsfläche des Kollektors 17 kann im streifenden Einfall (Grazing Incidence, Gl), also mit Einfallswinkeln größer als 45° gegenüber der Normalenrichtung der Spiegeloberfläche, oder im normalen Einfall (Normal Incidence, NI), also mit Einfallwinkeln kleiner als 45°, mit der Beleuchtungsstrahlung 16 beaufschlagt werden. Der Kollektor 17 kann einerseits zur Optimierung seiner Reflektivität für die Nutzstrahlung und andererseits zur Unterdrückung von Falschlicht strukturiert und/oder beschichtet sein.
Nach dem Kollektor 17 propagiert die Beleuchtungsstrahlung 16 durch einen Zwischenfokus in einer Zwischenfokusebene 18. Die Zwischenfokusebene 18 kann eine Trennung zwischen einem Strahlungsquellenmodul, aufweisend die Strahlungsquelle 3 und den Kollektor 17, und der Beleuchtungsoptik 4 darstellen.
Die Beleuchtungsoptik 4 umfasst einen Umlenkspiegel 19 und diesem im Strahlengang nachgeordnet einen ersten Facettenspiegel 20. Bei dem Umlenkspiegel 19 kann es sich um einen planen Umlenkspiegel oder alternativ um einen Spiegel mit einer über die reine Umlenkungswirkung hinaus bündelbeeinflussenden Wirkung handeln. Alternativ oder zusätzlich kann der 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 im Folgenden auch als Feldfacetten bezeichnet werden. Von diesen Facetten 21 sind in der Fig. 1 nur beispielhaft einige dargestellt.
Die ersten Facetten 21 können als makroskopische Facetten ausgeführt sein, insbesondere als rechteckige Facetten oder als Facetten mit bogenförmiger oder teilkreisförmiger Randkontur. Die ersten Facetten 21 können als plane Facetten oder alternativ als konvex oder konkav gekrümmte Facetten ausgeführt sein.
Wie beispielsweise aus der DE 10 2008 009 600 A1 bekannt ist, können die ersten Facetten 21 selbst jeweils auch aus einer Vielzahl von Einzelspiegeln, insbesondere einer Vielzahl von Mikrospiegeln, zusammengesetzt sein. Der erste Facettenspiegel 20 kann insbesondere als mikroelektromechanisches System (MEMS-System) ausgebildet sein. Für Details wird auf die DE 10 2008 009 600 A1 verwiesen.
Zwischen dem Kollektor 17 und dem Umlenkspiegel 19 verläuft die Beleuchtungsstrahlung 16 horizontal, also längs der y-Richtung.
Im Strahlengang der Beleuchtungsoptik 4 ist dem ersten Facettenspiegel 20 nachgeordnet ein zweiter Facettenspiegel 22. Sofern der zweite Facettenspiegel 22 in einer Pupillenebene der Beleuchtungsoptik 4 angeordnet ist, wird dieser auch als Pupillenfacettenspiegel bezeichnet. Der zweite Facettenspiegel 22 kann auch beabstandet zu einer Pupillenebene der Beleuchtungsoptik 4 angeordnet sein. In diesem Fall wird die Kombination aus dem ersten Facettenspiegel 20 und dem zweiten Facettenspiegel 22 auch als spekularer Reflektor bezeichnet. Spekulare Reflektoren sind bekannt aus der US 2006/0132747 A1 , der EP 1 614 008 B1 und der US 6,573,978.
Der zweite Facettenspiegel 22 umfasst eine Mehrzahl von zweiten Facetten 23. Die zweiten Facetten 23 werden im Falle eines Pupillenfacettenspiegels auch als Pupillenfacetten bezeichnet.
Bei den zweiten Facetten 23 kann es sich ebenfalls um makroskopische Facetten, die beispielsweise rund, rechteckig oder auch hexagonal berandet sein können, oder alternativ um aus Mikrospiegeln zusammengesetzte Facetten handeln. Diesbezüglich wird ebenfalls auf die DE 10 2008 009 600 A1 verwiesen.
Die zweiten Facetten 23 können plane oder alternativ konvex oder konkav gekrümmte Reflexionsflächen aufweisen.
Die Beleuchtungsoptik 4 bildet somit ein doppelt facettiertes System. Dieses grundlegende Prinzip wird auch als Wabenkondensor (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 Pupillenfacettenspiegel 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 Übertra- gungsoptik kann insbesondere einen oder zwei Spiegel für senkrechten Einfall (Nl- Spiegel, Normal Incidence Spiegel) und/oder einen oder zwei Spiegel für streifenden Einfall (Gl-Spiegel, Gracing Incidence Spiegel) umfassen.
Die Beleuchtungsoptik 4 hat bei der Ausführung, die in der Fig. 1 gezeigt ist, nach dem Kollektor 17 genau drei Spiegel, nämlich den Umlenkspiegel 19, den Feldfacettenspiegel 20 und den Pupillenfacettenspiegel 22.
Bei einer weiteren Ausführung der Beleuchtungsoptik 4 kann der Umlenkspiegel 19 auch entfallen, so dass die Beleuchtungsoptik 4 nach dem Kollektor 17 dann genau zwei Spiegel aufweisen kann, nämlich den ersten Facettenspiegel 20 und den zweiten Facettenspiegel 22.
Die Abbildung der ersten Facetten 21 mittels der zweiten Facetten 23 beziehungsweise mit den zweiten Facetten 23 und einer Übertragungsoptik in die Objektebene 6 ist regelmäßig nur eine näherungsweise Abbildung.
Die Projektionsoptik 10 umfasst eine Mehrzahl von Spiegeln Mi, welche gemäß ihrer Anordnung im Strahlengang der Projektionsbelichtungsanlage 1 durchnummeriert sind.
Bei dem in der Figur 1 dargestellten Beispiel umfasst die Projektionsoptik 10 sechs Spiegel M1 bis M6. Alternativen mit vier, acht, zehn, zwölf oder einer anderen Anzahl an Spiegeln Mi sind ebenso möglich. Der vorletzte Spiegel M5 und der letzte Spiegel M6 haben jeweils eine Durchtrittsöffnung für die Beleuchtungsstrahlung 16. Bei der Projektionsoptik 10 handelt es sich um eine doppelt obskurierte Optik. Die Projektionsoptik 10 hat eine bildseitige numerische Apertur, die größer ist als 0,5 und die auch größer sein kann als 0,6 und die beispielsweise 0,7 oder 0,75 betragen kann.
Reflexionsflächen der Spiegel Mi können als Freiformflächen ohne Rotationssymmetrieachse ausgeführt sein. Alternativ können die Reflexionsflächen der Spiegel Mi als asphärische Flächen mit genau einer Rotationssymmetrieachse der Reflexionsflächenform gestaltet sein. Die Spiegel Mi können, genauso wie die Spiegel der Beleuchtungsoptik 4, hoch reflektierende Beschichtungen für die Beleuchtungsstrahlung 16 aufweisen. Diese Beschichtungen können als Multilayer-Beschichtungen, insbesondere mit alternierenden Lagen aus Molybdän und Silizium, gestaltet sein.
Die Projektionsoptik 10 hat einen großen Objekt-Bildversatz in der y-Richtung zwischen einer y-Koordinate eines Zentrums des Objektfeldes 5 und einer y- Koordinate des Zentrums des Bildfeldes 11 . Dieser Objekt-Bild-Versatz in der y- Richtung kann in etwa so groß sein wie ein z-Abstand zwischen der Objektebene 6 und der Bildebene 12.
Die Projektionsoptik 10 kann insbesondere anamorphotisch ausgebildet sein. Sie weist insbesondere unterschiedliche Abbildungsmaßstäbe ßx, ßy in x- und y- Richtung auf. Die beiden Abbildungsmaßstäbe ßx, ßy der Projektionsoptik 10 liegen bevorzugt bei (ßx, ßy) = (+/- 0,25, +/- 0,125). Ein positiver Abbildungsmaßstab ß bedeutet eine Abbildung ohne Bildumkehr. Ein negatives Vorzeichen für den Abbildungsmaßstab ß bedeutet eine Abbildung mit Bildumkehr.
Die Projektionsoptik 10 führt somit in x-Richtung, das heißt in Richtung senkrecht zur Scanrichtung, zu einer Verkleinerung im Verhältnis 4:1.
Die Projektionsoptik 10 führt in y-Richtung, das heißt in Scanrichtung, zu einer Verkleinerung von 8:1.
Andere Abbildungsmaßstäbe sind ebenso möglich. Auch vorzeichengleiche und absolut gleiche Abbildungsmaßstäbe in x- und y-Richtung, zum Beispiel mit Absolutwerten von 0,125 oder von 0,25, sind möglich.
Die Anzahl von Zwischenbildebenen in der x- und in der y-Richtung im Strahlengang zwischen dem Objektfeld 5 und dem Bildfeld 11 kann gleich sein oder kann, je nach Ausführung der Projektionsoptik 10, unterschiedlich sein. Beispiele für Projektionsoptiken mit unterschiedlichen Anzahlen derartiger Zwischenbilder in x- und y- Richtung sind bekannt aus der US 2018/0074303 A1.
Jeweils eine der Pupillenfacetten 23 ist genau einer der Feldfacetten 21 zur Ausbildung jeweils eines Beleuchtungskanals zur Ausleuchtung des Objektfeldes 5 zuge- ordnet. Es kann sich hierdurch insbesondere eine Beleuchtung nach dem Köhlersehen Prinzip ergeben. Das Fernfeld wird mit Hilfe der Feldfacetten 21 in eine Vielzahl an Objektfeldern 5 zerlegt. Die Feldfacetten 21 erzeugen eine Mehrzahl von Bildern des Zwischenfokus auf den diesen jeweils zugeordneten Pupillenfacetten 23.
Die Feldfacetten 21 werden jeweils von einer zugeordneten Pupillenfacette 23 einander überlagernd zur Ausleuchtung des Objektfeldes 5 auf das Retikel 7 abgebildet. Die Ausleuchtung des Objektfeldes 5 ist insbesondere möglichst 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 Pupillenfacetten kann geometrisch die Ausleuchtung der Eintrittspupille der Projektionsoptik 10 definiert werden. Durch Auswahl der Beleuchtungskanäle, insbesondere der Teilmenge der Pupillenfacetten, die Licht führen, kann die Intensitätsverteilung in der Eintrittspupille der Projektionsoptik 10 eingestellt werden. Diese Intensitätsverteilung wird auch als Beleuchtungssetting bezeichnet.
Eine ebenfalls bevorzugte Pupillenuniformität im Bereich definiert ausgeleuchteter Abschnitte einer Beleuchtungspupille der Beleuchtungsoptik 4 kann durch eine Umverteilung der Beleuchtungskanäle erreicht werden.
Im Folgenden werden weitere Aspekte und Details der Ausleuchtung des Objektfeldes 5 sowie insbesondere der Eintrittspupille der Projektionsoptik 10 beschrieben.
Die Projektionsoptik 10 kann insbesondere eine homozentrische Eintrittspupille aufweisen. Diese kann zugänglich sein. Sie kann auch unzugänglich sein.
Die Eintrittspupille der Projektionsoptik 10 lässt sich regelmäßig mit dem Pupillenfacettenspiegel 22 nicht exakt ausleuchten. Bei einer Abbildung der Projektionsoptik 10, welche das Zentrum des Pupillenfacettenspiegels 22 telezentrisch auf den Wafer 13 abbildet, schneiden sich die Aperturstrahlen oftmals nicht in einem einzigen Punkt. Es lässt sich jedoch eine Fläche finden, in welcher der paarweise be- stimmte Abstand der Aperturstrahlen minimal wird. Diese Fläche stellt die Ein- trittspupille 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 Figur 1 dargestellten Anordnung der Komponenten der Beleuchtungsoptik 4 ist der Pupillenfacettenspiegel 22 in einer zur E intrittspupi Ile der Projektionsoptik 10 konjugierten Fläche angeordnet. Der Feldfacettenspiegel 20 ist verkippt zur Objektebene 6 angeordnet. Der erste Facettenspiegel 20 ist verkippt zu einer Anordnungsebene angeordnet, die vom Umlenkspiegel 19 definiert ist.
Der erste Facettenspiegel 20 ist verkippt zu einer Anordnungsebene angeordnet, die vom zweiten Facettenspiegel 22 definiert ist.
Figur 2 zeigt schematisch im Meridionalschnitt eine weitere Projektionsbelichtungsanlage 101 für die DUV-Projektionslithografie, in welcher die Erfindung eben-falls zur Anwendung kommen kann.
Der Aufbau der Projektionsbelichtungsanlage 101 und das Prinzip der Abbildung ist vergleichbar mit dem in Figur 1 beschriebenen Aufbau und Vorgehen. Gleiche Bauteile sind mit einem um 100 gegenüber Figur 1 erhöhten Bezugszeichen bezeichnet, die Bezugszeichen in Figur 2 beginnen also mit 101.
Im Unterschied zu einer wie in Figur 1 beschriebenen EUV-Projektionsbelichtungs- anlage 1 können auf Grund der größeren Wellenlänge der als Nutzlicht verwendeten DUV-Strahlung 116 im Bereich von 100 nm bis 300 nm, insbesondere von 193 nm, in der DUV-Projektionsbelichtungsanlage 101 zur Abbildung beziehungsweise zur Beleuchtung refraktive, diffraktive und/oder reflexive optische Elementen 117, wie beispielsweise Linsen, Spiegeln, Prismen, Abschlussplatten und dergleichen verwendet werden. Die Projektionsbelichtungsanlage 101 umfasst dabei im Wesentlichen ein Beleuchtungssystem 102, einen Retikelhalter 108 zur Aufnahme und exakten Positionierung eines mit einer Struktur versehenen Retikels 107, durch welches die späteren Strukturen auf einem Wafer 113 bestimmt werden, einen Waferhalter 114 zur Halterung, Bewegung und exakten Positionierung eben dieses Wafers 113 und einem Projektionsobjektiv 110, mit mehreren optischen Elementen 117, die über Fassungen 118 in einem Objektivgehäuse 119 des Projektionsobjektives 110 gehalten sind.
Das Beleuchtungssystem 102 stellt eine für die Abbildung des Retikels 107 auf dem Wafer 113 benötigte DUV-Strahlung 116 bereit. Als Quelle für diese Strahlung 116 kann ein Laser, eine Plasmaquelle oder dergleichen Verwendung finden. Die Strahlung 116 wird in dem Beleuchtungssystem 102 über optische Elemente derart geformt, dass die DUV-Strahlung 116 beim Auftreffen auf das Retikel 107 die gewünschten Eigenschaften hinsichtlich Durchmesser, Polarisation, Form der Wellenfront und dergleichen aufweist.
Der Aufbau der nachfolgenden Projektionsoptik 110 mit dem Objektivgehäuse 119 unterscheidet sich außer durch den zusätzlichen Einsatz von refraktiven optischen Elementen 117 wie Linsen, Prismen, Abschlussplatten prinzipiell nicht von dem in Figur 1 beschriebenen Aufbau und wird daher nicht weiter beschrieben.
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 30 zum Tempern eines optischen Elementes Mx, 117, welches in einer der in der Figur 1 und der Figur 2 erläuterten Projektionsbelichtungsanlagen 1 ,101 Anwendung finden kann. Die Vorrichtung 30 umfasst eine Abdeckglocke 31 , im Folgenden auch als Glocke 31 bezeichnet, welche eine zu einer optischen Wirkfläche 24 des optischen Elementes Mx, 117 korrespondierende Geometrie aufweist, so dass zwischen der optischen Wirkfläche 24 und einer Innenfläche 37 der Glocke 31 ein Spalt 39 ausgebildet wird. Die Glocke 31 ist in der in der Figur 3 dargestellten Ausführungs- form mindestens teilweise aus Kupfer gefertigt, wobei auch andere Materialien denkbar sind.
Die Glocke 31 weist am Rand der optischen Wirkfläche 24 Zuführungen 35 zum Erzeugen einer definierten gerichteten Strömung im Spalt 39 auf, welche in der Figur 3 durch einen Pfeil dargestellt ist. Die Zuführungen 35 sind über Zuleitungen
33 mit einer Fluidbereitstellungsvorrichtung 32 verbunden. Die Fluidbereitstellungs- vorrichtung 32 bereitet beispielsweise ein als Gas ausgebildetes Temperierfluid auf und stellt dieses mit einem vorbestimmten Druck und einer vorbestimmten Temperatur bereit.
Als Gase kommen hierfür insbesondere inerte Gase in Betracht, um Schädigungen an der Beschichtung zu vermeiden, beispielsweise Stickstoff mit entsprechend geringen O2- oder H2O-Partialdrücken. Grundsätzlich sind auch Edelgase wie beispielsweise Helium geeignet.
Die Glocke 31 umfasst in ihrer Mitte eine Abführung 36, welche über eine Ableitung
34 ebenfalls mit der Fluidbereitstellungsvorrichtung 32 verbunden ist, so dass das Temperierfluid in einem Kreislauf geführt wird. Es ist auch möglich, dass die Fluidbereitstellungsvorrichtung 32 Temperierfluid mit unterschiedlichem Druck und/oder Temperatur für unterschiedliche und voneinander unabhängige Zuleitungen 33 für eine oder mehrere Zuführungen 35 bereitstellt. Das Temperierfluid strömt mit einer definierten Geschwindigkeit, Richtung und einer definierten Temperatur aus der Zuführung 35 in den Spalt 39, welcher eine Höhe hs in einem Bereich von einigen hundert Mikrometern bis wenigen Zentimetern, bevorzugt im Bereich von einem Zentimeter aufweist und wie ein Kanal wirkt. Dies hat den Vorteil, dass die Strömung des Temperierfluids effektiv von einer dreidimensionalen Strömung in eine weniger komplexe und besser beherrschbare zweidimensionale Strömung überführt wird. Die auf diese Weise erzwungene Konvektion bewirkt beim Vorbeiströmen des warmen Temperierfluids eine Erwärmung des Spiegels Mx, 117 an der optischen Wirkfläche 24 und bewirkt durch den Wärmefluss im Spiegelmaterial die Erwärmung eines Bereichs von kleiner als 2 mm, bevorzugt kleiner als 1 mm, besonders bevorzugt kleiner 0,5 mm unterhalb der optischen Wirkfläche 24 im Grundkörper 25 des Spiegels Mx, 117, welcher dem zu tempernden Bereich entspricht, auf die zum Tempern benötigte Temperatur.
Die sich bei einer konstanten Konvektion im erwärmten Bereich des Spiegels Mx, 117 einstellende Temperatur und der Temperaturgradient vom Rand zur Mitte der optischen Wirkfläche 24, ist abhängig von der durch den Spiegel Mx, 117 von dem Temperierfluid aufgenommenen Wärmemenge und der Wärmeleitung im Spiegel Mx, 117. Die aufgenommene Wärmemenge ist dabei sowohl von der Temperatur und der Strömungsgeschwindigkeit des Temperierfluids abhängig, wobei von einer laminaren Strömung ausgegangen wird, als auch von dem Temperaturunterschied zwischen dem Temperierfluid und der optischen Wirkfläche 24 abhängig.
Die Wärmeleitung durch den Spiegel Mx, 117 ist von der Wärmeleitfähigkeit des verwendeten Materials und von dem durch den Abstand zu den Seitenflächen 43 und der der optischen Wirkfläche 24 gegenüberliegende Rückseite 44 des Grundkörpers 25 bestimmten Temperaturunterschied abhängig. Dadurch ergibt sich im Bereich der Seitenflächen 43 ein höherer Wärmeabfluss. In der in der Figur 3 dargestellten Ausführungsform der Vorrichtung 30 wird zur Minimierung des Temperaturgradienten im zu tempernden Bereich vom Rand zur Mitte der optischen Wirkfläche 24 die Höhe hs des Spaltes 39 über den Radius lokal variiert, wie in anhand der in Figur 4 gezeigten Ausführungsform und der Figur 5 im Detail erläutert wird.
Figur 4 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung 30 zum Tempern eines Spiegels Mx, 117, wobei die Innenfläche 37 der Glocke 31 eine konzentrische Erhebung 38 aufweist. Die Erhebung 38 führt zu einer Variation der Höhe hs des Spaltes 39 über die Länge des Spaltes 39 und bewirkt Änderungen der lokalen Strömungsgeschwindigkeit des Temperierfluids über die Länge des Spaltes 39 vom Rand zur Mitte der optischen Wirkfläche 24. Die Erhebung 38 ist derart ausgebildet, dass sich die durch die Erwärmung der optischen Wirkfläche 24 und des weiter oben erläuterten minimalen Bereichs unterhalb der optischen Wirkfläche 24 einstellende Temperaturverteilung homogen, also mit einem minimalen Temperaturgradienten von kleiner 1 K einstellt. Figur 5 zeigt ein Diagramm, welches die Temperaturverteilung und den daraus resultierenden Temperaturgradienten von einem zentralen Bereich der optischen Wirkfläche 24 bis zu ihrem Randbereich für verschiedene Varianten v1 bis v4 des Spaltes 39 darstellt. Dargestellt ist zunächst ein Ausgangszustand mit einem Spalt 39 mit einer konstanten Höhe hs über die Länge des Spaltes 39. Gut erkennbar ist die zum Randbereich hin abfallende Temperatur, welche auf den im Randbereich höheren Wärmeabfluss zurückgeht.
In einer ersten Variante v1 zeigt der Spalt 39 im Randbereich eine bereichsweise Reduzierung der Höhe hs durch eine Erhebung 38 in der Innenfläche 37 der Glocke 31 , wie in der Figur 4 bereits erläutert. Die Erhebung liegt im Bereich von 20 % der Anfangshöhe hs des Spaltes 39. Gut erkennbar in der Figur ist die damit verbundene lokale Temperaturerhöhung im Bereich der Erhebung 38. Die lokale Temperaturerhöhung geht dabei darauf zurück, dass die Verengung des Spaltes eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit im verhängten Bereich bewirkt. Damit ist die Verweildauer eines Volumenelements des Temperierfluids gegenüber den nicht verengten Bereichen etwas verringert, was wiederum dazu führt, dass das Temperierfluid in dem entsprechenden Volumenelement über die angrenzende optische Wirkfläche 24 nicht in dem Maß abgekühlt wird, wie es bei einer längeren Verweildauer der Fall wäre. Dadurch ist der Temperaturunterschied zwischen dem Temperierfluid und dem entsprechenden Bereich der optischen Wirkfläche 24 über die Zeit hinweg höher als in denjenigen Bereichen der optischen Wirkfläche, welche in nicht verengten Bereichen des Spaltes 39 angeordnet sind, was im Ergebnis zu einem erhöhten Wärmeübergang von dem Temperierfluid auf die optische Wirkfläche 24 im Bereich der Verengungen des Spaltes 39 führt.
Eine zweite Ausführungsform v2, ebenfalls im Randbereich, weist eine bereichsweise Vergrößerung der Höhe hs des Spaltes 39v2 durch eine Senke in der Innenfläche 37 der Glocke 31 im Bereich von 20 % der Anfangsspalthöhe hs auf. Gut erkennbar in der Figur ist der gegenteilige Effekt, also eine relative Erniedrigung der Temperatur in dem entsprechenden Bereich. Eine dritte Ausführungsform v3 weist eine vom Rand zur Mitte der optischen Wirkfläche 24 lineare Vergrößerung der Spalthöhe hs auf, wobei die maximale Spalthöhe hsmax des Spaltes 39V3 50 % größer als die Anfangsspalthöhe hs ist. Ebenfalls gut erkennbar in der Figur ist in diesem Fall der vergleichsweise homogene Verlauf der Temperatur, wobei in allen Fällen der zentrale Temperaturabfall nicht berücksichtigt wird. Der zentrale Temperaturabfall kann durch eine entsprechende Anpassung des Designs des Ablaufs beseitigt werden.
Eine vierte Ausführungsform v4 kombiniert die in der zweiten Ausführungsform v2 erläuterte Senke mit der linearen Vergrößerung der Spalthöhe hs der dritten Ausführungsform v3. Anhand des Diagramms ist zu erkennen, dass die dritte Ausführungsform unter den dem Versuch zugrunde liegenden beispielhaften Randbedingungen den kleinsten Temperaturunterschied zwischen Rand und Mitte aufweist. Dabei wird der starke Temperaturabfall zur Mitte hin bei der Bewertung nicht berücksichtigt.
Es versteht sich von selbst, dass die Ausführungsformen v1 bis v4 lediglich zur Illustration dienen, um zu zeigen, dass der lokale Wärmeeintrag in ausreichendem Maß beeinflussbar ist, um die nötige Homogenität der Temperarturverteilung zu erreichen. Eine optimale Form der Glocke lässt sich mittels eines Optimierungsalgorithmus fallbezogen erarbeiten.
Alternativ zu den erläuterten in die Glocke 31 fest eingearbeiteten und die Spalthöhe hs über die Länge des Spaltes 39 definierenden Konturen ist auch eine deformierbare Abdeckglocke denkbar, bei welcher die Spalthöhe hs lokal nahezu beliebig variiert werden kann. Dies hat den Vorteil, dass eine Abdeckglocke auf unterschiedliche Geometrien der optischen Wirkfläche angepasst werden kann und die Spalthöhe hs und damit der Wärmeeintrag in den Spiegel Mx, 117, während eines Tempervorgangs angepasst werden kann.
Alternativ oder zusätzlich können auch über die optische Wirkfläche 24 verteilt mehrere Zuführungen 35 in der Abdeckglocke 31 , beispielsweise in Form von Düsen, ausgebildet sein. In Kombination mit einer weiter unten erläuterten Sensorik kann dadurch eine Anpassung der Strömungseigenschaften über die Länge des Spaltes realisiert werden.
Figur 6 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung 40 zum Tempern eines optischen Elementes Mx, 117, in welcher ein Schnitt durch den Spalt 39 dargestellt ist. Die Vorrichtung 40 weist eine in mehrere Zuführungssegmente 41.1 , 41.2 unterteilte Zuführung 41 auf. Dies hat den Vorteil, dass die verschiedenen Zuführungssegmente 41.1 , 41.2 mit unterschiedlich eingestellten Fluideigenschaften, wie Temperatur und Strömungsgeschwindigkeit, beaufschlagt werden können. Die Zuführungssegmente 41.1 , 41.2 sind wiederum am Rand des in der in der Figur 6 dargestellten Ausführungsform rechteckig ausgebildeten Spiegels Mx, 117 angeordnet. Die Zuführungssegmente 41 .1 , 41 .2 umfassen in der in der Figur 6 dargestellten Ausführungsform vier respektive zwei Öffnungen zur Bildung der definierten gerichteten Strömung. Die Öffnungen können auch als Düsen mit definierten Strömungsprofilen ausgebildet sein. Die definierten gerichteten Strömungen sind in der Figur 6 in Form von Pfeilen dargestellt und von den Zuführungssegmenten 41.1 , 41.2 in Richtung einer zentralen Abführung 42 ausgebildet. Alternativ können anstelle der zentralen Abführung 42 auch zwei Abführungen 42.1 , 42.2 in der in der Figur 6 nicht dargestellten Abdeckglocke ausgebildet sein, welche in der Figur 6 durch gestrichelte Linien dargestellt sind. Dabei kann auch die Richtung der aus dem Zuführungssegment 41 .1 austretenden definierten gerichteten Strömung angepasst werden, was in der Figur 6 ebenfalls durch gestrichelte Pfeile dargestellt ist.
Figur 7 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung 50 zum Tempern eines optischen Elementes Mx, 117, welche prinzipiell wie die in der Figur drei erläuterte Ausführungsform ausgebildet ist. Die Innenfläche 57 der Abdeckglocke 51 ist bereits derart ausgebildet, dass sich eine vorteilhafte lineare Vergrößerung des Spaltes 59 ergibt. Darüber hinaus sind an den Seitenflächen 43 und an der Rückseite 44 des Spiegels Mx, 117 Kühlvorrichtungen 58.1 , 58.2, 58.3 angeordnet, welche zu einem größeren Wärmeabfluss innerhalb des Grundkörpers 25 des Spiegels Mx, 117 führen, wodurch die Temperatur im Bereich von möglichen Anbauteilen (nicht dargestellt) vorteilhaft unter einer kritischen Temperatur, wie beispielsweise 60°C, gehalten wird. Die Wärmeabfuhr durch die Kühlvorrichtungen 58.1 , 58.2, 58.3 ist in der Figur 7 durch Pfeile dargestellt. Aufgrund der dadurch geänderten Randbedingungen müssen die Eigenschaften der definierten gerichteten Strömung im Spalt 59 gegenüber einem Aufbau ohne Kühlvorrichtungen 58.1 , 58.2, 58.3 durch die Anpassung von Temperatur und/oder der lokalen Strömungsgeschwindigkeiten im Spalt 59, wie weiter oben erläutert, angepasst werden.
Figur 8 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung 60 zum Tempern eines optischen Elementes Mx, 117, bei welcher im Randbereich des Grundkörpers 25 eine durch erzwungene Konvektion bewirkte Kühlung der optischen Wirkfläche 24 realisiert ist. Ein hierzu verwendetes Kühlfluid strömt aus einer Zuführung 65 vom Rand aus radial in Richtung der Mitte der optischen Wirkfläche 24 und wird nach wenigen Zentimetern durch eine Abführung 66 wieder abgeführt. Die Abführung 66 ist in der Abdeckglocke 61 integriert und ist als ein konzentrischer Spalt ausgeführt, so dass das Kühlfluid nahezu in Normalenrichtung von der optischen Wirkfläche 24 nach oben abgeführt wird. In unmittelbarer Nähe zur Abführung 66 ist in der Glocke 61 eine Zuführung 63 für das Temperierfluid zum Tempern der optischen Wirkfläche 24 und des unmittelbar darunterliegenden Bereichs des Spiegels Mx, 117 ausgebildet. Die definierte gerichtete Strömung ist in Richtung der Mitte der optischen Wirkfläche 24 gerichtet und wird, wie weiter oben bei der Figur 3 erläutert, durch eine über der Mitte der optischen Wirkfläche 24 angeordnete Abführung 64 wieder abgeführt. Der Spalt 69 ist auch bei dieser Ausführungsform zur Einstellung eines geringen Temperaturgradienten über die zu tempernde Fläche ausgebildet. Die von der optischen Wirkfläche 24 aufsteigende Strömung des Kühlfluids bewirkt, zusammen mit dem auf die optische Wirkfläche 24 einströmenden Temperfluid, eine Abdichtung des Spaltes 69 zwischen der Glocke 61 und dem Grundkörper 25 des Spiegels Mx, 117. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass keine zusätzliche Abdichtung zwischen der Temperglocke 61 und dem Spiegel Mx, 117 notwendig ist, so dass eine Verwendung der Vorrichtung 60 auch ohne einen mechanischen Kontakt zum Grundkörper 25 möglich ist.
Figur 9 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung 70 zum Tempern eines optischen Elementes Mx, 117, welche einen als Pyrometer 74 ausgebildeten Temperatursensor umfasst. Das Pyrometer 74 ist derart angeordnet, dass die Sichtlinie 76 des Pyrometer 74 durch ein Abdeckglas 75, welches als Teil der Ableitung 73 der Vorrichtung 70 ausgebildet ist, direkt auf die Mitte der optischen Wirkfläche 24 trifft und die Oberflächentemperatur erfassen kann. Prinzipiell können weitere Pyrometer 74 durch in die Abdeckglocke 71 eingelassene Abdeckgläser 75 auch an weiteren Punkten der optischen Wirkfläche 24 eine Oberflächentemperatur erfassen. Die Vorrichtung 70 kann weiterhin eine Ansteuerung (nicht dargestellt) umfassen, so dass mit Hilfe der durch die Pyrometer 74 erfassten Temperaturen und mit einer in der Figur 5 erläuterten deformierbaren Abdeckglocke die Strömung im Spalt 79 durch die Ansteuerung derart geregelt werden kann, dass der Temperaturgradient gegen null ausgebildet werden kann.
Es ist ebenso denkbar, die Abdeckglocke 17 aus einem Material mit geringem IR- Absorptionskoeffizienten zu fertigen, so dass praktisch alle interessierenden Bereiche des optischen Elementes Mx,117 einer Messung mit einem Pyrometer zugänglich sind. Es ist grundsätzlich auch denkbar, an Stelle des Pyrometers oder zusätzlich zu diesem eine Infrarotkamera zu verwenden.
Bezugszeichenliste
1 Projektionsbelichtungsanlage
2 Beleuchtungssystem
3 Strahlungsquelle
4 Beleuchtungsoptik
5 Objektfeld
6 Objektebene
7 Retikel
8 Retikelhalter
9 Retikelverlagerungsantrieb
10 Projektionsoptik
11 Bildfeld
12 Bildebene
13 Wafer
14 Waferhalter
15 Waferverlagerungsantrieb
16 EUV-Strahlung
17 Kollektor
18 Zwischenfokusebene
19 Umlenkspiegel
20 Facettenspiegel
21 Facetten
22 Facettenspiegel
23 Facetten
24 optische Wirkfläche
25 Grundkörper M1- M6
30 Vorrichtung zum Tempern
31 Abdeckglocke
32 Fluidbereitstellungvorrichtung
33 Zuleitung Ableitung
Zuführung
Abführung
Innenfläche Abdeckglocke
Erhebung
Spalt
Vorrichtung zum Tempern.1 , 41.2 Zuführung , 42.1 , 42.2 Abführung
Seitenfläche
Rückseite
Vorrichtung zum Tempern
Abdeckglocke
Fluidbereitstellungvorrichtung
Zuleitung
Ableitung
Zuführung
Abführung
Innenfläche Abdeckglocke.1-58.3 Kühlvorrichtung
Spalt
Vorrichtung zum Tempern
Abdeckglocke
Kühlvorrichtung
Zuführung Erwärmung
Abführung Erwärmung
Zuführung Kühlung
Abführung Kühlung
Spalt
Vorrichtung zum Tempern
Abdeckglocke 72 Abführung
73 Ableitung
74 Pyrometer
75 Abdeckglas
76 Sichtlinie
79 Spalt
101 Projektionsbelichtungsanlage
102 Beleuchtungssystem
107 Retikel
108 Retikelhalter
110 Projektionsoptik
113 Wafer
114 Waferhalter
116 DUV-Strahlung
117 optisches Element
118 Fassungen
119 Objektivgehäuse
M1-M6 Spiegel hs Höhe des Spaltes

Claims

Patentansprüche Anordnung zum Tempern mindestens eines Teilbereichs eines optischen Elementes (Mx,117) für die Halbleiterlithografie, umfassend
- ein optisches Element (Mx,117) mit einer optischen Wirkfläche (24)
- eine Vorrichtung (30,40,50,60,70) zum mindestens bereichsweisen Beaufschlagen der optischen Wirkfläche (24) mit einem Temperierfluid, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (30,40,50,60,70) ein Mittel (31 ,51 ,61 ,71 ) zur Erzeugung einer definierten gerichteten Strömung im Bereich der optischen Wirkfläche (24) umfasst. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (30,40,50,60,70) mindestens eine Zuführung (35,55,65,41 ) umfasst, welche dazu eingerichtet ist, die gerichtete Strömung zu bewirken. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Zuführung (35,55,65,41 ) im Randbereich des optischen Elementes (Mx,117) angeordnet ist und dazu eingerichtet ist, die Strömung in Richtung eines zentralen Bereiches der optischen Wirkfläche (24) auszurichten. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (30,40,50,60,70) dazu eingerichtet ist, lokal unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten des Temperierfluids zu bewirken. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel eine Abdeckglocke (31 ,51 ,61 ,71 ) umfasst, die derart angeordnet ist, dass mindestens bereichsweise durch eine Innenfläche (37) der Abdeckglocke (31 ,51 ,61 ,71 ) und die optische Wirkfläche (24) ein Spalt (39,59,69,79) gebildet wird, der mindestens bereichsweise eine Dicke von 20 mm nicht überschreitet. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckglocke (31 ,51 ,61 ,71 ) derart ausgebildet ist, dass der Spalt (39,59,69,79) bereichsweise verengt ausgebildet ist. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verengung des Spalts (39,59,69,79) durch eine Erhebung (38) auf der Abdeckglocke (31 ,51 ,61 ,71 ) gebildet ist. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abführung (36) in dem zentralen Bereich der Abdeckglocke (31 ,51 ,61 ,71 ) angeordnet ist. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung (41 ) mehrere Zuführungssegmente (41.1 , 41.2) aufweist. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abdeckglocke (31 ,51 ,61 ,71 ) mehrere Abführungen (42.1 , 42.2) ausgebildet sind. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Kühlvorrichtung (58.1 , 58.2, 58.3) zur Kühlung mindestens einer Fläche des optischen Elementes (Mx,117) umfasst. Anordnung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Kühlvorrichtung (58.1 , 58.2, 58.3) an einer Seitenfläche (43) und/oder an der Rückseite (44) des optischen Elements (Mx, 117) angeordnet ist. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zuführung (65) im Randbereich des optischen Elementes (Mx,117) und in einem Abstand von 10mm-50mm, insbesondere von ca. 20mm von der Zuführung (65) eine Abführung (66) vorhanden ist. 14. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Abführung (66) ist in der Abdeckglocke (61 ) integriert und als ein konzentrischer Spalt ausgeführt ist. 15. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung mindestens einen Temperatursensor (74) umfasst.
16. Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (74) als Pyrometer ausgebildet und derart angeordnet ist, dass die Sichtlinie (76) des Pyrometers (74) auf einen Bereich der der optischen Wirkfläche (24) trifft.
PCT/EP2023/073632 2022-09-23 2023-08-29 Anordnung zum tempern mindestens eines teilbereichs eines optischen elementes WO2024061579A1 (de)

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