WO2024068292A1 - Spiegelvorrichtung, projektionsobjektiv und verfahren zum messen der temperatur eines spiegels - Google Patents

Spiegelvorrichtung, projektionsobjektiv und verfahren zum messen der temperatur eines spiegels Download PDF

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WO2024068292A1
WO2024068292A1 PCT/EP2023/075317 EP2023075317W WO2024068292A1 WO 2024068292 A1 WO2024068292 A1 WO 2024068292A1 EP 2023075317 W EP2023075317 W EP 2023075317W WO 2024068292 A1 WO2024068292 A1 WO 2024068292A1
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WO
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mirror
target
mirror body
reflection surface
temperature
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Application number
PCT/EP2023/075317
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Inventor
Andreas Raba
Matthias Manger
Hans Michael STIEPAN
Joern Weber
Original Assignee
Carl Zeiss Smt Gmbh
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Publication date
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    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/708—Construction of apparatus, e.g. environment aspects, hygiene aspects or materials
    • G03F7/70858—Environment aspects, e.g. pressure of beam-path gas, temperature
    • G03F7/70883—Environment aspects, e.g. pressure of beam-path gas, temperature of optical system
    • G03F7/70891—Temperature
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • 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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    • G03F7/708—Construction of apparatus, e.g. environment aspects, hygiene aspects or materials
    • G03F7/7085—Detection arrangement, e.g. detectors of apparatus alignment possibly mounted on wafers, exposure dose, photo-cleaning flux, stray light, thermal load

Definitions

  • the invention relates to a mirror device, in particular for a microlithographic projection exposure system, a projection lens and a method for measuring the temperature of a mirror.
  • Microlithographic projection exposure systems are used for the production of integrated circuits with particularly small structures.
  • DUV or EUV radiation very short-wave, deep ultraviolet or extreme ultraviolet radiation (DUV or EUV radiation) is projected onto a lithography object in order to transfer the mask structure to the lithography object.
  • the projection exposure system includes several mirrors on which the radiation is reflected.
  • the mirrors have a precisely defined shape and are precisely positioned so that the image of the mask on the lithographic object has sufficient quality.
  • the projection exposure system is exposed to influences that have an influence on the quality of the image. For example, if thermal expansion leads to If there is a change in the geometric shape of a mirror, the wavefront of the radiation reflected on the mirror changes.
  • the temperature information can be used, for example, to control a heating device or a cooling device so that the temperature of the mirror is kept at a constant value, or to suitably adjust the projection exposure system after a temperature change.
  • the object of the invention is to present a mirror device, a projection lens and a method for measuring the temperature of a mirror that avoid these disadvantages.
  • the task is solved with the features of the independent claims.
  • Advantageous embodiments are specified in the subclaims.
  • the task is therefore solved by a mirror device with a mirror, a sensor device and a control unit, which is particularly suitable for a microlithographic projection exposure system.
  • the mirror comprises a mirror body and a reflection surface formed on the mirror body.
  • the sensor device is designed to detect infrared radiation secreted from the mirror body in order to derive a temperature measurement value from it and to send the temperature measurement value to the control unit.
  • the mirror body per includes a target with an increased emissivity for infrared radiation.
  • the invention proposes reducing this uncertainty by equipping the mirror with a target that has an increased emissivity for infrared radiation.
  • the increased emissivity increases the proportion of relevant infrared radiation relative to the background radiation, thereby improving the quality of the measurement.
  • the target has an increased emissivity compared to an adjacent region of the mirror.
  • the emissivity of the target can be at least 20%, preferably at least 40%, more preferably at least 60% higher than the emissivity of the adjacent region of the mirror.
  • an emissivity of the adjacent region of a(T) 0.5
  • the information on the emissivity refers in each case to the wavelength range within the IR spectrum to which the sensor device is sensitive.
  • the temperature measurement value recorded by the sensor device can relate to the temperature of the target. From the temperature of the target, a temperature value valid for the mirror body can be determined. tower measurement value. If the mirror body has a constant temperature distributed over the body, the temperature measurement value applies to the entire mirror body. If the temperature varies within the mirror body, the temperature measurement value can apply to a local area within the mirror body. It is also possible to determine a temperature measurement value that corresponds to an average value over several local areas of the mirror body.
  • the control unit can be designed to process the temperature measurement value recorded by the sensor device or a value derived from it.
  • the invention is carried out without additional energy being introduced into the mirror device for the purpose of temperature measurement.
  • the measurement can therefore be based solely on the energy that is already supplied to the mirror during operation of the projection exposure system.
  • a thermographic measurement can be carried out. In order to draw conclusions about the temperature from the measured radiation power, a calibration can be carried out with reference to an ideal black body.
  • the sensor device can comprise an infrared sensor to detect infrared radiation (IR radiation) emanating from the mirror body.
  • the infrared sensor can be designed as an image sensor so that the IR radiation emanating from the mirror body can be detected in a spatially resolved manner.
  • bolometers, thermopiles or semiconductor sensors can be used as detector elements.
  • the reflection surface of the mirror can have a high reflectivity for EUV radiation and/or DUV radiation.
  • the reflection surface of the mirror can be formed by a highly reflective coating. It can be an optical layer system in the form of a multilayer coating, in particular a multilayer coating with alternating layers of molybdenum and silicon.
  • EUV radiation is the term used to describe electromagnetic radiation in the extreme ultraviolet spectral range with wavelengths between 5 nm and 100 nm, in particular with wavelengths between 5 nm and 30 nm.
  • DUV radiation is in the deep ultraviolet spectral range and has a wavelength between 100 nm and 300 nm.
  • a high reflectivity for EUV/DUV radiation is regularly accompanied by the fact that the emissivity for IR radiation is low.
  • Real non-transparent bodies have emissivity a (T) ⁇ l and corresponding reflectivity RE (T) >0.
  • the low emissivity is accompanied by a high reflectivity, which means that background radiation, which emanates, for example, from a frame structure of the mirror device or from an adjacent housing, can be reflected into the infrared sensor, which can falsify the measurement result.
  • the area adjacent to the target preferably has an emissivity E for IR radiation of at least 0.15, preferably at least 0.5.
  • the information on the emissivity refers to each relate to the wavelength range within the IR spectrum to which the sensor device is sensitive.
  • the sensor device is arranged in front of the reflection surface, so that IR radiation emanating from the mirror body can propagate in a straight line to that of the sensor device without the mirror body being in the way.
  • the target can be a measuring field formed in the reflection surface.
  • the measuring field can have a higher emissivity for IR radiation than the reflection surface.
  • the measuring field can be arranged in the middle of the reflection surface so that the measuring field is surrounded on all sides by the reflection surface.
  • the emission properties of the measuring field can be as close as possible to those of an ideal black body.
  • One way of creating the measuring field with the desired emissivity is to provide the reflection surface in the area of the measuring field with a coating. It is also possible to apply a film to the reflection surface in the area of the measuring field.
  • the area of the measuring field is left out of the highly reflective coating of the reflection surface so that the surface of the mirror and thus the measuring field is formed by a material of the mirror body arranged underneath.
  • the mirror can comprise an active optical surface which is exposed to EUV radiation during operation of the mirror device.
  • the active optical surface can coincide with the reflection surface or be smaller than the reflection surface.
  • the mirror can have a target arranged on the surface of the mirror, which is arranged outside the active optical surface.
  • the active optical surface surrounds the target all around.
  • the target is arranged outside the active optical surface but within the reflection surface.
  • the target can be surrounded all around by the reflection surface.
  • the target can be designed as a measuring field arranged on the surface of the mirror.
  • the mirrors In order to be able to reflect a sufficient amount of EUV/DUV radiation, the mirrors usually have a large reflection surface.
  • the reflection surface can be at least 500 cm 2 , preferably at least 2000 cm 2 , more preferably at least 10 cm 2 . 000 cm 2 in size.
  • the targets that do not make a relevant contribution to the reflection of EUV/DUV radiation should be small in relation to the reflection surface.
  • a target can have an area that is smaller than 5 mm 2 , preferably smaller than 2 mm 2 , more preferably smaller than 1 mm 2 .
  • the size of the target can be between 1 pm 2 and 1 mm 2 .
  • the ratio between the size of the reflection surface and the size of the target can be at least 10 4 , preferably at least 10 6 , more preferably at least 10 8 .
  • the target can be designed as a measuring field.
  • the reflection surface can be provided with a plurality of targets, for example at least two, preferably at least five, more preferably at least twenty targets.
  • the targets can be evenly distributed over the reflection surface.
  • the largest circle within the reflection surface that is free of a target has a surface area of preferably not more than 20%, preferably not more than 10%, more preferably not more than 5% of the reflection surface.
  • the sensor device can be directed at the targets, i.e. arranged in such a way that the temperature of the mirror body pers representative measurement signal is determined based on the IR radiation emanating from the targets.
  • the sensor device should be sensitive to a wavelength range for which the target has a high emissivity. If the measuring field is formed by a silicon dioxide compound, as can be the case, for example, if the highly reflective coating is removed in the area of the measuring field, the infrared sensor is preferably for long-wave IR radiation with wavelengths between 7 pm and 2 p.m. sensitive.
  • a mirror device provided with targets within the active optical surface is preferably positioned close to the pupil. If a mirror is arranged close to the pupil of the beam path, the targets affect the entire field of the beam path to the same extent. If, on the other hand, a mirror is further away from the pupil, a target can affect a certain area within the field of the beam path, which is undesirable in many cases.
  • a frame structure of the mirror device and/or a housing adjacent to the mirror device can be provided with a black surface, i.e. with a surface that has a high emissivity for infrared radiation.
  • the mirror device may include a cooling system to maintain the frame structure and/or the housing at a constant temperature.
  • the mirror device can include a frame structure on which the mirror body is suspended. It may be a movable suspension act, so that the position of the mirror body is adjustable relative to the frame structure.
  • the mirror device may include one or more actuators to change the position of the mirror body relative to the frame structure.
  • the mirror device can comprise one or more targets arranged inside the mirror body.
  • the emissivity of such a target is increased compared to the adjacent material of the mirror body.
  • the target is arranged in a cavity formed in the mirror body.
  • the target can be formed, for example, by a coating applied to a material of the mirror body adjacent to the cavity.
  • the mirror body can have a channel that extends from a surface of the mirror body to the target.
  • the wall of the channel can be provided with a coating that has a lower emissivity than the material of the mirror body and thus a high degree of reflection.
  • the channel can thus form a type of light guide for infrared radiation emitted by the target, so that the infrared radiation emitted by the target is guided out of the mirror body and can be detected there by a sensor device.
  • the mirror can include a target that is integrated into the material of the mirror body.
  • the sensor device can be sensitive to a wavelength range within the IR spectrum for which the material of the mirror body is transparent. This opens up the possibility of detecting IR radiation that emanates from the target integrated into the material of the mirror body.
  • the infrared sensor can be used for medium-wave IR radiation be sensitive and therefore for a wavelength range for which silicon dioxide compounds are transparent.
  • a target can be formed within the mirror body which has an increased emissivity for IR radiation, whose emissivity is therefore higher than the emissivity of the surrounding mirror body material.
  • the target can, for example, be a layer formed within the mirror body.
  • the target layer can extend parallel to the reflection surface. If the mirror body comprises a base body, from which a layer structure is created using additive manufacturing, which includes the optical layer system of the reflection surface, the target layer can be arranged between the optical layer system and the base body. If the layer structure includes a surface protection layer, the target layer can be arranged between the surface protection layer and the base body. If the mirror body is composed of a base body and a second sub-body, with the layer structure taking place on the second sub-body, the target layer can also be arranged between the base body and the second sub-body.
  • the target is formed by a cavity inside the mirror body that is filled with a liquid that has a high emissivity for IR radiation.
  • the liquid can be water.
  • the cavity is a cooling channel and the liquid is water flowing through the cooling channel.
  • the infrared sensor can be arranged in such a way that IR radiation emanating from the target can spread in a straight line through the material of the mirror body to the infrared sensor without any other obstacles being in the way.
  • the infrared sensor can be adjacent to one of the Reflection surface can be arranged on the opposite back of the mirror body. It is also possible for the mirror body to have a recess within which the infrared sensor is arranged. In this way, the path that the IR radiation takes through the material of the mirror body can be shortened.
  • Energy is also released from the mirror body in the form of electrical charge when the reflection surface is exposed to EUV/DUV radiation during operation of the projection exposure system.
  • a standing wave is formed, stimulated by the EUV/DUV radiation, which releases electrons from the layer system.
  • the electrons form free charge carriers on the reflection surface, which can be discharged to the outside via an electrical connection to ground.
  • the number of discharged charge carriers can be determined by measuring the current between the reflection surface and ground.
  • the state of the standing wave changes depending on a change in the thickness of the layer system caused by heating. This change also causes the number of electrons released from the layer system to change, so that the number of charge carriers removed is a measure of the temperature of the mirror body in the area of the reflection surface. As the temperature changes, the period thickness of the optical layer system changes and thus also the field strength on the surface of the optical layer system. The number of charge carriers is proportional to the field strength, so that in a first approximation there is a linear relationship between the temperature change and the measured photocurrent. This allows temperature changes to be determined from the measurement of the photocurrent.
  • the optical layer system can be electrically conductive and electrically insulated from the material of the mirror body.
  • the reflection surface can be provided with a plurality of electrical contacts distributed over the circumference, through which the charge is dissipated.
  • the mirror device can also be designed in such a way that the sensor device comprises a light source with which a light signal is directed onto the mirror. Part of the energy introduced into the mirror body with the light signal is secreted out of the mirror body again and forms an amount of energy from which the temperature of the mirror body can be determined.
  • the mirror body can be equipped with an interference layer system arranged between the reflection surface and the base body of the mirror body, which acts as a thin-film interference filter.
  • the layers differ in their refractive index, whereby the transition in the refractive index between adjacent layers can be continuous in the manner of a rugate filter or discontinuous in the manner of a Bragg filter.
  • a light signal directed to the interference layer system is reflected by the interference layer system in a wavelength-selective manner. If the temperature of the mirror body changes, the thickness of the interference layer system changes due to thermal expansion, which results in the wavelength of the reflected portions of the light signal changing. This change in wavelength can be achieved with a suitable Light sensor can be used to measure the temperature of the mirror body in the area of the interference layer system.
  • the sensor device with the light source and the light sensor can be arranged on the back or side of the mirror body, so that the light signal can reach the interference layer system without first hitting the reflection surface.
  • the angle of incidence can be between 0° and 60°.
  • the light signal can have a wavelength for which the material of the mirror body is transparent. The wavelength can be in the visible range, for example.
  • the interference layer system and the wavelength of the light signal are coordinated with each other.
  • the temperature measurement can be carried out with spatial resolution by separately evaluating light signals from different areas of the interference layer system. For this purpose, for example, light from several light sources can be directed onto the interference layer system and the reflected light signal can be evaluated with a sensor array. It is also possible for the surface of the interference layer system to be scanned with the sensor device.
  • the light source of the sensor device is arranged in front of the reflection surface, so that the light signal hits the reflection surface.
  • the optical layer system of the reflection surface itself can serve as a thin-film interference filter.
  • the light signal used for measurement should have the same wavelength as the EUV/DUV radiation that is reflected on the reflection surface during operation of the projection exposure system.
  • the light source can be designed as an EUV light source or as a DUV light source that emits radiation of the relevant wavelength. change If the thickness of the layers within the optical layer system changes due to thermal expansion, the reflected portion of the light signal changes, so that the temperature of the mirror body in the area of the reflection surface can be deduced from the measured value.
  • the mirror body is provided with a thermochromatic layer.
  • the thermochromatic layer can be arranged between the optical layer system and the base body of the mirror body. If the mirror body consists of a base body and a second partial body, the thermochromatic layer can also be arranged between the base body and the second partial body.
  • the thermochromatic layer has the property of changing color when the temperature changes.
  • the thermochromatic layer can, for example, comprise the inorganic compounds rutile or zinc oxide, whose molecular or crystal structure changes when the temperature changes, resulting in a change in color.
  • a light signal of a suitable wavelength can be directed through the transparent material of the mirror body onto the thermochromatic layer.
  • the light sensor can derive temperature information from a change in the color of the reflected light components and send this to the control unit.
  • the thermochromatic layer is designed in such a way that a color change occurs when a certain temperature threshold is exceeded or undershot. If the temperature threshold corresponds to the temperature that the mirror body should have when the projection exposure system is in operation, this can be done with the light sensor.
  • the temperature signal recorded can be used directly to control the temperature of the mirror device.
  • a closed control loop can be provided so that the mirror body is locally heated or cooled depending on the temperature signal of the light sensor.
  • the invention also relates to a projection lens of a projection exposure system, in which a mask is imaged onto a lithographic object using a plurality of mirror devices, with at least one of the mirror devices being designed as a mirror device according to the invention.
  • the projection lens can comprise at least two, preferably at least three, more preferably at least five mirror devices according to the invention.
  • the temperature measurement value obtained with the sensor device according to the invention can be used in a control system of the projection lens in order to control an operating parameter of the projection lens.
  • the operating parameter can be controlled in a closed control loop using the temperature measurement value.
  • the invention further relates to a projection exposure system with such a projection lens.
  • the invention also relates to a method for measuring the temperature of a mirror of a microlithographic projection exposure system.
  • the mirror comprises a mirror body and a reflection surface formed on the mirror body.
  • a sensor device is used to detect an amount of energy emitted from the mirror body in order to derive a temperature measurement value therefrom.
  • the temperature measurement value is sent to a control system of the microlithographic projection exposure system.
  • the mirror comprises a target with an increased emissivity for infrared radiation.
  • Fig. 1 a schematic representation of a projection exposure system according to the invention
  • Fig. 2 a schematic representation of a mirror device according to the invention
  • Fig. 3 a plan view of the mirror of the mirror device from Fig. 2;
  • Fig. 4 a sectional view of the mirror from Fig. 3 with a sensor device shown schematically;
  • Fig. 5-7 the view according to Fig. 4 in an alternative
  • Fig. 8 a schematic representation of a comparative example
  • Fig. 9-11 schematic representations of comparative examples
  • Fig. 12, 13 the view according to Fig. 3 in alternative embodiments of the invention
  • Fig. 14 a further embodiment according to the invention.
  • Fig. 1 shows a microlithographic EUV projection exposure system schematically.
  • the projection exposure system includes an illumination system 10 and a projection lens 22. With the help of the lighting system 10, an object field 13 in an object plane 12 is illuminated.
  • the lighting system 10 includes an exposure radiation source 14 that emits electromagnetic radiation in the EUV range, i.e. in particular with a wavelength between 5 nm and 30 nm.
  • the illumination radiation emanating from the exposure radiation source 14 is first bundled into an intermediate focus plane 16 using a collector 15 .
  • the illumination system 10 includes a deflection mirror 17 with which the illumination radiation emitted by the exposure radiation source 14 is deflected onto a first facet mirror 18.
  • a second facet mirror 19 is arranged downstream of the first facet mirror 18. With the second facet mirror 19, the individual facets of the first facet mirror 18 are imaged into the object field 13.
  • the object field 13 is imaged into an image plane 21 via a plurality of mirrors 20.
  • a mask also called a reticle
  • the various mirrors of the projection exposure system, on which the illumination radiation is reflected, are designed as EUV mirrors.
  • the EUV mirrors are provided with highly reflective coatings. These can be multilayer coatings, in particular multilayer coatings with alternating layers of molybdenum and silicon.
  • the EUV mirrors reflect around 70% of the EUV radiation that hits them. The remaining approximately 30% is absorbed and causes the EUV mirrors to heat up.
  • a mirror device in which a mirror body 23 of a mirror 20 is held on a frame structure 29 via actuators 28.
  • the position of the mirror 20 relative to the frame structure 29 can be changed via the actuators 28 in order to align and position the mirror 20 within the rigid body degrees of freedom.
  • a reflection surface 24 is formed on the mirror body 23, on which incident EUV radiation is reflected.
  • the mirror device is equipped with a cooling system that includes a coolant reservoir 33 filled with a coolant and a pump 30.
  • the pump 30 sucks coolant from the coolant reservoir 33 and directs it to cooling channels 27 via a first connecting line 35.
  • the cooling channels 27 extend over the frame structure 29 to the mirror body 23.
  • a closed cooling circuit is formed via a return line 32.
  • the coolant absorbs heat generated by the absorbed EUV radiation and dissipates it from the mirror body 23.
  • the connecting lines 32, 35 are designed as flexible hose lines so that the adjustment and alignment of the mirrors is not hindered.
  • the cooling channels 27 are designed in such a way that heat is dissipated from both the frame structure 29 and the mirror body 23 and both are kept at a substantially constant temperature during operation of the projection exposure system.
  • the cooling channels 27 branch into a plurality of parallel channels, so that the Heat is dissipated evenly from the reflection surface 24.
  • the projection exposure system from Fig. 1 is each of the mirrors 20 of the projection lens 22 as a mirror device according to FIG. 2 trained.
  • the mirror device includes a control unit 38, which takes on various control tasks for the mirror device.
  • the control unit 38 controls the actuators 28 to bring the mirror body 23 into a desired position and orientation relative to the frame structure 29, and controls the pump 30 of the cooling system to adjust the cooling capacity.
  • One of the input variables that the control unit 38 processes when determining the control commands for the actuators 28 are temperature measurements about the temperature of the mirror body 23, which the control unit 38 receives from a sensor device in the form of an IR camera 26 that is sensitive to IR radiation. Based on the temperature measurements, operating parameters of the mirror device are controlled, such as the actuators 28 or the cooling capacity of the cooling system. The control can take place within a closed control loop.
  • the IR camera 26 is directed at the reflection surface 24 of the mirror 20.
  • the reflection surface is provided with a plurality of targets in the form of measuring fields 37, which are shown enlarged in Fig. 3 for the sake of clarity.
  • the measuring fields 37 each have an area of approximately 1 mm 2 , while the horizontal extent of the reflection surface 24 is approximately 80 cm .
  • the measuring fields 37 have a high emissivity for long-wave IR radiation, which is in particular significantly higher than the emissivity of the reflection surface 24.
  • the measuring fields 37 are generated by the optical layer system 40 forming the reflection surface 24 in the area of the measuring fields 37 is removed so that the silicon dioxide material of the mirror body 23 is freely accessible.
  • Fig. 12 shows an alternative embodiment in which an active optical surface 51 is formed within the reflection surface 24, which is exposed to EUV radiation during operation of the projection exposure system.
  • the areas of the reflection surface 24 arranged outside the active optical surface 51 are not within the EUV beam path of the projection exposure system.
  • the targets 52 designed as measuring fields are arranged within the reflection surface 24 but outside the active optical surface 51. This has the advantage that an impairment of the EUV beam path by the targets 52 is avoided.
  • the reflection surface 34 includes both targets 37 arranged within the active optical surface 51 and targets 52 arranged outside the active optical surface 51. If the reflection surface 24 is densely covered with targets 37, 52, it is easier to obtain spatially resolved temperature information from the surface of the mirror 20.
  • the IR camera 26 which is sensitive to long-wave IR radiation with a wavelength of the order of 10 pm, records the IR radiation emitted by the entire reflection surface 24. However, only those measured values that relate to the measuring fields 37, 52 are included in the further evaluation. Based on a previously carried out calibration, with which the measured radiation power was related to certain temperature measurement values, a temperature measurement value for each of the measuring fields 37, 52 is derived from the measurement values. The temperature readings are sent to the control sent to unit 38 and evaluated there for the purpose of controlling the mirror device.
  • the significance of the temperature measurements depends on the radiation output recorded by the IR camera 26 not being distorted by interfering background signals. Background radiation cannot be completely avoided since every body emits a certain amount of IR radiation at a certain temperature.
  • the invention pursues the approach of keeping the background radiation constant. To do this, the components in the vicinity of the mirror 20 are kept at a constant temperature. In Fig. 2, this is shown using the example of the frame structure 29, which is cooled by the cooling channels 27. The components not shown in Fig. 2 in the vicinity of the mirror 20, such as housings and the like, are cooled in a similar way. In addition, the surface of the components is designed so that it is black for long-wave IR radiation.
  • the mirror device preferably has a position close to the pupil. If a mirror 20 is arranged close to the pupil of the beam path, the measuring fields 37, 52 affect the entire field of the beam path to the same extent. However, if a mirror 20 is at a greater distance from the pupil, a measuring field 37, 52 can affect a specific area within the field of the beam path, which is undesirable in many cases.
  • the IR camera 26 is arranged on the back of the mirror body 23.
  • the IR camera is sensitive to medium-wave IR radiation with a wavelength in the order of 4 pm, for which the material of the mirror body 23 is transparent.
  • the mirror body 23 is provided with a target layer 25 which has a high emissivity for IR radiation of this wavelength.
  • the IR radiation emitted by the target layer 25, which is representative of the temperature of the mirror body 23 in the environment of the target layer 25, spreads through the material of the mirror body 23 to the IR camera 26.
  • the IR camera 26 can determine locally resolved temperature measurements and transmit them to the control unit 38.
  • Fig. 6 shows an embodiment in which the IR camera 26 is also directed at the back of the mirror body 23 and is sensitive to medium-wave IR radiation.
  • the cooling water in the cooling channels 27 is black for IR radiation of this wavelength, so that the IR radiation emitted by the cooling water is representative of the temperature of the cooling water.
  • the temperature of the mirror body 23 in the vicinity of the cooling channels 27 can be deduced from the temperature of the cooling water.
  • the IR radiation emitted by the cooling water propagates through the transparent material of the mirror body 23 to the IR camera 26, which determines temperature measurements from the recorded radiation, which are locally resolved along the length of the cooling channels 27.
  • cavities 36 are formed in the mirror body 23 in the area between the cooling channels 27 and the reflection surface 24.
  • the cavities 36 are filled with water.
  • the temperature of the water in the cavities 36 is determined using the IR camera 26 arranged on the back of the mirror body 23. Since the cavities 36 are closer to the reflection surface 24, temperature information is obtained from the area of the mirror body 23. which is particularly relevant for controlling the mirror device.
  • Fig. 14 shows an alternative embodiment in which the target 53 is arranged in a cavity 54 of the mirror body 23.
  • the cavity 54 extends from the target 53 to the rear side of the mirror body 23 opposite the reflection surface 24.
  • the front surface of the cavity 54 is covered with the target 53.
  • the outer surface of the cavity 54 is provided with a coating which has a high reflectivity for infrared radiation.
  • Infrared radiation emitted by the target 53 is guided outwards along the cavity 54 like in a light guide.
  • the infrared radiation is recorded with an IR camera 26.
  • Temperature measurements are determined which represent the temperature of the targets 53 in the cavities 54.
  • the Fig. 8 shows schematically the structure of a mirror 20 with the mirror body 23 and an optical layer system 40 with alternating layers of molybdenum and silicon applied thereon.
  • the optical layer system 40 forms the reflection surface 24. With such a layer system, around 70% of the incident EUV radiation can be reflected.
  • the Z direction is plotted on the horizontal axis, which extends from the reflection surface 24 into the depth of the mirror body 23.
  • the vertical axis shows the energy of the incident EUV radiation 42 as the amplitude of a sinusoidal curve.
  • the EUV radiation 42 forms a standing wave in the optical layer system 40, with the amplitude decreasing as penetration into the optical layer system 40 increases.
  • electrons are released from their bond in- solved within the optical layer system 14.
  • the released electrons form free charge carriers 41 on the surface of the optical layer system 40.
  • the optical layer system 40 is insulated from the mirror body 23 so that the charge carriers cannot flow into the mirror body 23 .
  • a measuring device 43 is arranged between the earth 44 and the optical layer system 40, which measures the electrical current and thus the number of charge carriers 41.
  • the interaction between the EUV radiation 42 and the optical layer system 40 depends on the thickness of the layers within the optical layer system 40.
  • the thickness of the layers within the optical layer system 40 changes with temperature due to thermal expansion.
  • the strength of the electric field on the surface of the optical layer system 40 correlates with the thermal expansion of the optical layer system 40.
  • the number of charge carriers 41 which is proportional to the strength of the electric field, thus forms a measure of the temperature.
  • the measuring device 43 can derive temperature information from the number of charge carriers 41 and send this to the control unit 38.
  • FIG. 9 shows an embodiment in which an interference layer system 45 is formed between the mirror body 23 and the optical layer system 40 of the reflection surface 24.
  • the sensor device includes a light source 46 and a light sensor 48.
  • the light source 46 emits a light signal 47 whose wavelength is in the visible range.
  • the light signal 47 arrives at an angle of incidence between 0 ° and 60° to the back of the mirror body 23 and passes through the transparent material of the mirror body 23 to the interference layer system 45.
  • the interference layer system 45 is subject to thermal expansion, so that the layer thickness of the layers within the interference layer system 45 forms a measure of the temperature of the mirror body 23 in the area of the reflection surface 24.
  • the interference layer system 45 can act as a Bragg filter with vertically alternating thicknesses or as a Rugate filter with a continuously changing refractive index.
  • the thickness and refractive index of the materials within the interference layer system 45 change.
  • the resulting transmission or reflection spectrum of the filter shifts by AX.
  • the light sensor 48 evaluates the reflection spectrum.
  • the method can also be carried out by evaluating the transmission spectrum. After suitable calibration, temperature information is derived from the reflection spectrum and is sent to the control unit 38.
  • the method can be carried out with several wavelengths.
  • the accuracy can be increased by selecting wavelength ranges within which large reflection changes take place.
  • this method can also be used to obtain locally resolved temperature measurements.
  • the optical layer system 40 is used as an interference filter.
  • the wavelength of the radiation emitted by the light source 46 lies within the functional wavelength range of the optical layer system 40.
  • the light source 46 emits EUV radiation with a wavelength between 13 nm and 14 nm, which hits the surface of the optical layer system 40 at an angle of incidence 49 between 0 ° and 45 °.
  • the light sensor 48 determines temperature information from the reflection spectrum and sends it to the control unit 38.
  • the mirror body 23 is provided with a thermochromatic layer 50 arranged adjacent to the optical layer system 40.
  • the thermochromatic layer 50 has the property of changing color when the temperature changes.
  • the thermochromatic layer 50 can, for example, comprise the inorganic compounds rutile or zinc oxide, the molecular or crystal structure of which changes when the temperature changes, resulting in a change in color.
  • the light source 46 can direct a light signal 47 of a suitable wavelength through the transparent material of the mirror body 23 onto the thermochromatic layer 50.
  • the light sensor 48 derives temperature information from a change in the color of the reflected light components and sends this to the control unit 38. This method can also be used to obtain spatially resolved temperature measurements as described above.
  • the thermochromatic layer 50 is designed in such a way that a color change takes place when a certain temperature threshold is exceeded or undershot. If the temperature threshold corresponds to the temperature that the mirror body 23 should have during operation of the projection exposure system, the temperature signal recorded by the light sensor 48 can be used directly to control a temperature control of the mirror device. In particular, a closed control loop can be provided. so that the mirror body 23 is locally heated or cooled depending on the temperature signal of the light sensor 48.

Abstract

Spiegelvorrichtung, insbesondere für eine mikrolithografische Projektionsbelichtungsanlage, mit einem Spiegel (20), einer Sensoreinrichtung (26) und einer Steuereinheit (38). Der Spiegel (20) umfasst einen Spiegelkörper (23) und eine an dem Spiegelkörper (23) ausgebildete Reflexionsfläche (24). Die Sensoreinrichtung (26) ist dazu ausgelegt, aus dem Spiegelkörper (23) heraus abgesonderte Infrarotstrahlung zu erfassen, um daraus einen Temperaturmesswert abzuleiten, und den Temperaturmesswert an die Steuereinheit (38) zu senden. Der Spiegel (20) umfasst ein Target (37) mit einem erhöhten Emissionsgrad für Infrarotstrahlung. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Messen der Temperatur eines Spiegels (20).

Description

SPIEGELVORRICHTUNG, PROJEKTIONSOBJEKTIV UND VERFAHREN ZUM MESSEN DER TEMPERATUR EINES SPIEGELS
Die vorliegende Patentanmeldung nimmt die Priorität der am 28 . September 2022 eingereichten deutschen Patentanmeldung DE 10 2022 210 245 . 2 in Anspruch, auf die verwiesen wird und deren Inhalt hier vollständig einbezogen wird ( „incorporation by reference" ) .
Die Erfindung betri f ft eine Spiegelvorrichtung, insbesondere für eine mikrolithographische Proj ektionsbelichtungsanlage , ein Pro ektionsob ektiv sowie ein Verfahren zum Messen der Temperatur eines Spiegels .
Mikrolithographische Proj ektionsbelichtungsanlagen werden für die Herstellung integrierter Schaltkreise mit besonders kleinen Strukturen genutzt . Eine mit sehr kurzwelliger, tief ultravioletter oder extrem ultravioletter Strahlung ( DUV- oder EUV-Strahlung) beleuchtete Maske (= Retikel ) wird auf ein Lithograf ieobj ekt abgebildet , um die Maskenstruktur auf das Lithograf ieobj ekt zu übertragen .
Die Proj ektionsbelichtungsanlage umfasst mehrere Spiegel , an denen die Strahlung reflektiert wird . Die Spiegel haben eine präzise definierte Form und sind präzise positioniert , damit die Abbildung der Maske auf das Lithograf ieobj ekt eine hinreichende Qualität hat .
Die Proj ektionsbelichtungsanlage ist im Betrieb Einflüssen ausgesetzt , die einen Einfluss auf die Qualität der Abbildung haben . Führt beispielsweise eine thermische Ausdehnung zu ei- ner Änderung in der geometrischen Form eines Spiegels , so verändert sich die Wellenfront der an dem Spiegel reflektierten Strahlung . Für einen ordnungsgemäßen Betrieb der Proj ektionsbelichtungsanlage ist es hil freich, über eine Information zur Temperatur des Spiegels zu verfügen . Die Temperaturinformation kann beispielsweise genutzt werden, um eine Hei zeinrichtung oder eine Kühleinrichtung anzusteuern, sodass die Temperatur des Spiegels auf einem konstanten Wert gehalten wird, oder um die Pro ektionsbelichtungsanlage nach einer Temperaturänderung geeignet zu j ustieren .
Aus DE 10 2012 201 410 Al und DE 10 2020 205 752 Al ist bekannt , von einem Spiegelkörper abgegebene Infrarotstrahlung zu erfassen, um eine Information über die Temperatur des Spiegelkörpers zu gewinnen . Es hat sich als nicht ganz einfach erwiesen, auf diese Weise eine Temperaturinformation von hinreichender Genauigkeit zu erhalten .
Aufgabe der Erfindung ist es , eine Spiegelvorrichtung, ein Proj ektionsobj ektiv und ein Verfahren zum Messen der Temperatur eines Spiegels vorzustellen, die diese Nachteile vermeiden . Die Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche . Vorteilhafte Aus führungs formen sind in den Unteransprüchen angegeben .
Gelöst wird die Aufgabe also durch eine insbesondere für eine mikrolithografische Proj ektionsbelichtungsanlage geeignete Spiegelvorrichtung mit einem Spiegel , einer Sensoreinrichtung und einer Steuereinheit . Der Spiegel umfasst einen Spiegelkörper und eine an dem Spiegelkörper ausgebildete Reflexions fläche . Die Sensoreinrichtung ist dazu ausgelegt , aus dem Spiegelkörper heraus abgesonderte Infrarotstrahlung zu erfassen, um daraus einen Temperaturmesswert abzuleiten, und den Temperaturmesswert an die Steuereinheit zu senden . Der Spiegelkör- per umfasst ein Target mit einem erhöhten Emissionsgrad für Infrarotstrahlung .
Bei Temperaturmessungen anhand von Infrarotstrahlung ist nicht immer ganz einfach zu unterscheiden, welcher Anteil der mit einer Sensoreinrichtung erfassten Infrarotstrahlung von dem Spiegelkörper abgegeben wurde und welcher Anteil Hintergrundstrahlung ist . Hintergrundstrahlung kann beispielsweise von einer Rahmenstruktur der Spiegelvorrichtung oder von einem benachbarten Gehäuse ausgehen . Mit der Erfindung wird vorgeschlagen, diese Unsicherheit zu vermindern, indem der Spiegel mit einem Target ausgestattet wird, das einen erhöhten Emissionsgrad für Infrarotstrahlung hat . Durch den erhöhten Emissionsgrad wird der Anteil der relevanten Infrarotstrahlung relativ zur Hintergrundstrahlung erhöht , wodurch sich die Qualität der Messung verbessert .
Das Target hat einen erhöhten Emissionsgrad verglichen mit einem benachbarten Bereich des Spiegels . Bezogen auf eine Skala, die sich zwischen einem idealen schwarzer Strahler mit dem Emissionsgrad a (T) =l und einem idealen Reflektor mit einem Emissionsgrad a (T) =0 erstreckt , kann der Emissionsgrad des Targets um wenigstens 20 % , vorzugsweise um wenigstens 40 % , weiter vorzugsweise um wenigstens 60 % höher sein als der Emissionsgrad des benachbarten Bereichs des Spiegels . Bei einem Emissionsgrad des benachbarten Bereichs von a (T) =0 , 5 ist ein Emissionsgrad des Targets von E ( T ) =0 , 6 um 20% erhöht . Die Angaben zum Emissionsgrad beziehen sich j eweils auf den Wellenlängenbereich innerhalb des IR-Spektrums , für den die Sensoreinrichtung sensitiv ist .
Der mit der Sensoreinrichtung aufgenommene Temperaturmesswert kann die Temperatur des Targets betref fen . Aus der Temperatur des Targets kann ein für den Spiegelkörper gültiger Tempera- turmesswert abgeleitet werden . Hat der Spiegelkörper eine über den Körper verteilt konstante Temperatur, so gilt der Temperaturmesswert für den gesamten Spiegelkörper . Variiert die Temperatur innerhalb des Spiegelkörpers , so kann der Temperaturmesswert für einen lokalen Bereich innerhalb des Spiegelkörpers gelten . Möglich ist auch, einen Temperaturmesswert zu ermitteln, der einem Durchschnittswert über mehrere lokale Bereiche des Spiegelkörpers entspricht . Die Steuereinheit kann dazu ausgelegt sein, den mit der Sensoreinrichtung aufgenommenen Temperaturmesswert oder einen daraus abgeleiteten Wert zu verarbeiten .
Im Betrieb der Proj ektionsbelichtungsanlage wird dem Spiegel laufend Energie zugeführt , weil ein Teil der auf tref f enden EUV-/DUV-Strahlung absorbiert wird . In einer Aus führungs form wird die Erfindung durchgeführt , ohne dass zum Zwecke der Temperaturmessung zusätzliche Energie in die Spiegelvorrichtung eingebracht wird . Die Messung kann also allein auf der Energie beruhen, die dem Spiegel im Betrieb der Pro ektionsbelichtungsanlage ohnehin zugeführt wird . Es kann eine thermographische Messung durchgeführt werden . Um aus der gemessenen Strahlungsleistung auf die Temperatur zu schließen, kann eine Kalibrierung unter Bezugnahme auf einen idealen schwarzen Strahler erfolgen .
Die Sensoreinrichtung kann einen Infrarotsensor umfassen, um von dem Spiegelkörper ausgehende Infrarot-Strahlung ( IR- Strahlung) zu erfassen . Der Infrarotsensor kann als Bildsensor ausgebildet sein, sodass die von dem Spiegelkörper ausgehende IR-Strahlung ortsaufgelöst erfasst werden kann . Als Detektorelemente können j e nach Sensitivität und Wellenlängenbereich beispielsweise Bolometer, Thermopiles oder Halbleitersensoren ( InSb, HgCdTe ) zum Einsatz kommen . Die Reflexions fläche des Spiegels kann eine hohe Ref lektivität für EUV-Strahlung und/oder DUV-Strahlung aufweisen . Die Reflexions fläche des Spiegels kann durch eine hochreflektierende Beschichtung gebildet werden . Es kann sich um ein optisches Schichtsystem in Form einer Multilayer-Beschichtung handeln, insbesondere um eine Multilayer-Beschichtung mit alternierenden Lagen aus Molybdän und Sili zium . Mit einer solchen Beschichtung können etwa 70 % der auf tref f enden EUV-Strahlung reflektiert werden . Die restlichen etwa 30 % werden absorbiert und führen zu einer Erwärmung der EUV-Spiegel . Als EUV- Strahlung wird elektromagnetische Strahlung im extrem ultravioletten Spektralbereich mit Wellenlängen zwischen 5 nm und 100 nm, insbesondere mit Wellenlängen zwischen 5 nm und 30 nm bezeichnet . DUV-Strahlung liegt im tiefen ultravioletten Spektralbereich und hat eine Wellenlänge zwischen 100 nm und 300 nm .
Eine hohe Ref lektivität für EUV-/DUV-Strahlung geht regelmäßig damit einher, dass der Emissionsgrad für IR-Strahlung gering ist . Für einen idealen schwarzer Strahler gilt für den Emissionsgrad a (T) =l und für die Ref lektivität /?=l-a (T) =0 . Reale nicht-durchsichtige Körper weisen Emissionsgrade a (T) <l und entsprechend eine Ref lektivität R-E ( T) >0 auf . Mit dem geringen Emissionsgrad geht eine hohe Ref lektivität einher, was zur Folge hat , dass Hintergrundstrahlung, die beispielsweise von einer Rahmenstruktur der Spiegelvorrichtung oder von einem benachbarten Gehäuse ausgeht , in den Infrarotsensor eingespiegelt werden kann, wodurch das Messergebnis verfälscht werden kann . Wird im Rahmen der Erfindung die von einem Körper ausgehende IR-Strahlung zum Zwecke der Temperaturmessung erfasst , so hat der zum Target benachbarte Bereich vorzugsweise einen Emissionsgrad E für IR-Strahlung von mindestens 0 , 15 , vorzugsweise von wenigstens 0 , 5 . Die Angaben zum Emissionsgrad bezie- hen sich j eweils auf den Wellenlängenbereich innerhalb des IR- Spektrums , für den die Sensoreinrichtung sensitiv ist .
In einer Aus führungs form ist die Sensoreinrichtung vor der Reflexions fläche angeordnet , sodass von dem Spiegelkörper ausgehende IR-Strahlung sich geradlinig zu dem der Sensoreinrichtung ausbreiten kann, ohne dass der Spiegelkörper im Weg ist . Um ein aussagekräftiges Messergebnis zu erhalten, kann das Target ein in der Reflexions fläche ausgebildetes Mess feld sein . Das Mess feld kann einen höheren Emissionsgrad für IR- Strahlung aufweisen als die Reflexions fläche .
Das Mess feld kann inmitten der Reflexions fläche angeordnet sein, sodass das Mess feld rundherum von der Reflexions fläche umgeben ist . Die Emissionseigenschaften des Mess felds können möglichst nahe an denen eines idealen schwarzen Strahlers sein . Eine Möglichkeit , das Mess feld mit dem gewünschten Emissionsgrad zu erzeugen, besteht darin, die Reflexions fläche im Bereich des Mess felds mit einer Beschichtung zu versehen . Möglich ist auch, im Bereich des Mess felds eine Folie auf die Reflexions fläche auf zubringen . In einer weiteren Variante wird der Bereich des Mess felds von der hochref lektiven Beschichtung der Reflexions fläche ausgespart , sodass die Oberfläche des Spiegels und damit das Mess feld durch ein darunter angeordnetes Material des Spiegelkörpers gebildet wird .
Der Spiegel kann eine aktive optische Fläche umfassen, die im Betrieb der Spiegelvorrichtung mit EUV-Strahlung beaufschlagt wird . Die aktive optische Fläche kann mit der Reflexions fläche übereinstimmen oder kleiner sein als die Reflexions fläche . Der Spiegel kann ein auf der Oberfläche des Spiegels angeordnetes Target aufweisen, das außerhalb der aktiven optischen Fläche angeordnet ist . In einer Aus führungs form umgibt die aktive optische Fläche das Target rundherum . In einer Aus führungs form ist das Target außerhalb der aktiven optischen Fläche aber innerhalb der Reflexions fläche angeordnet . Das Target kann rundherum von der Reflexions fläche umgeben sein . Das Target kann als ein auf der Oberfläche des Spiegels angeordnetes Mess feld ausgebildet sein .
Um eine ausreichende Menge an EUV-/DUV-Strahlung reflektieren zu können, haben die Spiegel üblicherweise eine große Reflexions fläche . Beispielsweise kann die Reflexions fläche wenigstens 500 cm2 , vorzugsweise wenigstens 2000 cm2 , weiter vorzugsweise wenigstens 10 . 000 cm2 groß sein . Die Targets , die keinen relevanten Beitrag zur Reflexion der EUV-/DUV-Strahlung leisten, sollten im Verhältnis zur Reflexions fläche klein sein . Beispielsweise kann ein Target eine Fläche haben, die kleiner ist als 5 mm2 , vorzugsweise kleiner ist als 2 mm2 , weiter vorzugsweise kleiner ist als 1 mm2 . Insbesondere kann die Größe des Targets zwischen 1 pm2 und 1 mm2 liegen . Das Verhältnis zwischen der Größe der Reflexions fläche und der Größe des Targets kann mindestens 104 , vorzugsweise mindestens 106, weiter vorzugsweise mindestens 108 sein . Das Target kann als Mess feld ausgebildet sein .
Die Reflexions fläche kann mit einer Mehrzahl von Targets versehen sein, beispielsweise mindestens zwei , vorzugsweise mindestens fünf , weiter vorzugsweise mindestens zwanzig Targets . Die Targets können gleichmäßig über die Reflexions fläche verteilt sein . Insbesondere hat der größte Kreis innerhalb der Reflexions fläche , der frei von einem Target ist , einen Flächeninhalt von vorzugsweise nicht mehr als 20 % , vorzugsweise nicht mehr als 10 % , weiter vorzugsweise nicht mehr als 5 % der Reflexions fläche .
Die Sensoreinrichtung kann auf die Targets gerichtet sein, also so angeordnet sein, dass das die Temperatur des Spiegelkör- pers repräsentierende Messsignal anhand der von den Targets ausgehenden IR-Strahlung ermittelt wird . Innerhalb des IR- Spektrums sollte die Sensoreinrichtung für einen Wellenlängenbereich sensitiv sein, für den das Target einen hohen Emissionsgrad hat . Wird das Mess feld durch eine Sili zium-Dioxid- Verbindung gebildet , wie es beispielsweise der Fall sein kann, wenn im Bereich des Mess felds die hochref lektive Beschichtung entfernt wird, so ist der Infrarotsensor vorzugsweise für langwellige IR-Strahlung mit Wellenlängen zwischen 7 pm und 14 pm sensitiv .
Innerhalb des Proj ektionsobj ektivs hat eine mit Targets innerhalb der aktiven optischen Fläche versehene Spiegelvorrichtung vorzugsweise eine pupillennahe Position . I st ein Spiegel nahe an der Pupille des Strahlengangs angeordnet , so betref fen die Targets das gesamte Feld des Strahlengangs in gleichem Maße . Hat hingegen ein Spiegel einen größeren Abstand zu der Pupille , so kann ein Target einen bestimmten Bereich innerhalb des Felds des Strahlengangs beeinträchtigen, was in vielen Fällen unerwünscht ist .
Damit die Temperaturmessung wenig durch andere Einflüsse beeinträchtigt wird, ist es von Vorteil , wenn die Bedingungen in der Umgebung des Spiegels möglichst konstant gehalten werden . So können eine Rahmenstruktur der Spiegelvorrichtung und/oder ein zu der Spiegelvorrichtung benachbartes Gehäuse mit einer schwarzen Oberfläche versehen sein, also mit einer Oberfläche , die einen für Infrarot-Strahlung hohen Emissionsgrad aufweist . Die Spiegelvorrichtung kann ein Kühlsystem umfassen, um die Rahmenstruktur und/oder das Gehäuse auf einer konstanten Temperatur zu halten .
Die Spiegelvorrichtung kann eine Rahmenstruktur umfassen, an der der Spiegelkörper auf gehängt ist . Es kann sich um eine be- wegliche Aufhängung handeln, sodass die Position des Spiegelkörpers relativ zu der Rahmenstruktur einstellbar ist . Die Spiegelvorrichtung kann ein oder mehrere Aktuatoren umfassen, um die Position des Spiegelkörpers relativ zu der Rahmenstruktur zu verändern .
Die Spiegelvorrichtung kann zusätzlich oder alternativ zu den Targets auf der Oberfläche des Spiegels ein oder mehrere Targets umfassen, die im Inneren des Spiegelkörpers angeordnet sind . Der Emissionsgrad eines solchen Targets ist erhöht verglichen mit dem benachbarten Material des Spiegelkörpers . In einer Aus führungs form ist das Target in einer Kavität angeordnet , die in dem Spiegelkörper ausgebildet ist . Das Target kann beispielsweise durch eine Beschichtung gebildet werden, die auf einen an die Kavität angrenzendes Material des Spiegelkörpers aufgebracht ist . Der Spiegelkörper kann einen Kanal aufweisen, der sich von einer Oberfläche des Spiegelkörpers bis zu dem Target erstreckt . Die Wand des Kanals kann mit einer Beschichtung versehen sein, die einen niedrigeren Emissionsgrad hat als das Material des Spiegelkörpers und damit einen hohen Reflexionsgrad . Der Kanal kann auf diese Weise eine Art Lichtleiter für von dem Target abgesonderte Infrarotstrahlung bilden, sodass die von dem Target abgesonderte Infrarotstrahlung aus dem Spiegelkörper heraus nach außen geführt wird und dort mit einer Sensoreinrichtung erfasst werden kann .
Zusätzlich oder alternativ dazu kann der Spiegel ein Target umfassen, das in das Material des Spiegelkörpers integriert ist . Die Sensoreinrichtung kann für einen Wellenlängenbereich innerhalb des IR-Spektrums sensitiv sein, für den das Material des Spiegelkörpers transparent ist . Damit wird die Möglichkeit eröf fnet , IR-Strahlung zu erfassen, die von dem in das Material des Spiegelkörpers integrierten Target ausgeht . Beispielsweise kann der Infrarotsensor für mittelwellige IR-Strahlung sensitiv sein und damit für einen Wellenlängenbereich, für den Sili zium-Dioxid-Verbindungen transparent sind .
Innerhalb des Spiegelkörpers kann ein Target ausgebildet sein, das einen erhöhten Emissionsgrad für IR-Strahlung aufweist , dessen Emissionsgrad also höher ist als der Emissionsgrad des umgebenden Spiegelkörpermaterials . Das Target kann beispielsweise eine innerhalb des Spiegelkörpers ausgebildete Schicht sein . Die Target-Schicht kann sich parallel zu der Reflexionsfläche erstrecken . Umfasst der Spiegelkörper einen Grundkörper, ausgehend von dem im Wege der additiven Fertigung ein Schichtaufbau erzeugt wird, der das optische Schichtsystem der Reflexions fläche umfasst , so kann die Target-Schicht zwischen dem optischen Schichtsystem und dem Grundkörper angeordnet sein . Umfasst der Schichtaufbau einen Surface-Protection- Layer, so kann die Target-Schicht zwischen dem Surface- Protection-Layer und dem Grundkörper angeordnet sein . I st der Spiegelkörper aus einem Grundkörper und einem zweiten Teilkörper zusammengesetzt , wobei der Schichtaufbau auf dem zweiten Teilkörper erfolgt , so kann die Target-Schicht auch zwischen dem Grundkörper und dem zweiten Teilkörper angeordnet sein .
Möglich ist auch, dass das Target gebildet wird durch eine innerhalb des Spiegelkörpers ausgebildete Kavität , die mit einer Flüssigkeit gefüllt ist , die einen hohen Emissionsgrad für IR- Strahlung hat . Die Flüssigkeit kann Wasser sein . In einer Ausführungs form ist die Kavität ein Kühlkanal und die Flüssigkeit durch den Kühlkanal fließendes Wasser .
Der Infrarotsensor kann so angeordnet sein, dass von dem Target ausgehende IR-Strahlung sich durch das Material des Spiegelkörpers hindurch geradlinig zu dem Infrarotsensor ausbreiten kann, ohne dass sonstige Hindernisse im Weg sind . Beispielsweise kann der Infrarotsensor benachbart zu einer der Reflexions fläche gegenüberliegenden Rückseite des Spiegelkörpers angeordnet sein . Möglich ist auch, dass der Spiegelkörper eine Ausnehmung aufweist , innerhalb derer der Infrarotsensor angeordnet ist . Auf diese Weise kann der Weg verkürzt werden, den die IR-Strahlung durch das Material des Spiegelkörpers hindurch nimmt .
Energie wird aus dem Spiegelkörper heraus auch in Form von elektrischer Ladung abgesondert , wenn die Reflexions fläche im Betrieb der Proj ektionsbelichtungsanlage EUV-/DUV-Strahlung ausgesetzt ist . Innerhalb des optischen Schichtsystems der Reflexions fläche bildet sich angeregt durch die EUV-/DUV- Strahlung eine stehende Welle , durch die Elektronen aus dem Schichtsystem herausgelöst werden . Die Elektronen bilden freie Ladungsträger auf der Reflexions fläche , die über einen elektrischen Anschluss nach außen zu einer Erdung abgeleitet werden können . In einer eigenständig erfinderischen Variante kann durch Messen des Stroms zwischen der Reflexions fläche und der Erdung die Anzahl der abgeführten Ladungsträger ermittelt werden .
Der Zustand der stehenden Welle ändert sich in Abhängigkeit von einer durch Erwärmung ausgelösten Veränderung in der Dicke des Schichtsystems . Diese Änderung bewirkt , dass auch die Anzahl der aus dem Schichtsystem herausgelösten Elektronen sich ändert , sodass die Anzahl der abgeführten Ladungsträger ein Maß für die Temperatur des Spiegelkörpers im Bereich der Reflexions fläche bildet . Mit der Änderung der Temperatur ändert sich die Periodendicke des optischen Schichtsystems und damit auch die Feldstärke an der Oberfläche des optischen Schichtsystems . Die Anzahl der Ladungsträger ist proportional zur Feldstärke , sodass zwischen der Temperaturänderung und dem gemessenen Photostrom in erster Näherung ein linearer Zusammen- hang besteht . Damit können Temperaturänderungen aus der Messung des Photostroms bestimmt werden .
Das optische Schichtsystem kann elektrisch leitend sein und gegenüber dem Material des Spiegelkörpers elektrisch isoliert sein . Die Reflexions fläche kann mit einer Mehrzahl von über den Umfang verteilten elektrischen Kontakten versehen sein, über die die Ladung abgeführt wird .
Die Spiegelvorrichtung kann in anderen eigenständig erfinderischen Aus führungs formen der Erfindung auch so gestaltet sein, dass die Sensoreinrichtung eine Lichtquelle umfasst , mit der ein Lichtsignal auf den Spiegel geleitet wird . Ein Teil der mit dem Lichtsignal in den Spiegelkörper eingebrachten Energie wird aus dem Spiegelkörper heraus wieder abgesondert und bildet eine Energiemenge , aus der auf die Temperatur des Spiegelkörpers geschlossen werden kann .
Der Spiegelkörper kann mit einem zwischen der Reflexions fläche und dem Grundkörper des Spiegelkörpers angeordneten Interferenz-Schichtsystem ausgestattet sein, das als Dünnschicht- Interferenz filter wirkt . Die Schichten unterscheiden sich in ihrem Brechungsindex, wobei der Übergang im Brechungsindex zwischen benachbarten Schichten nach Art eines Rugate-Filters kontinuierlich erfolgen kann oder nach Art eines Bragg-Filters unstetig erfolgen kann .
Ein auf das Interferenz-Schichtsystem geleitetes Lichtsignal wird an dem Interferenz-Schichtsystem wellenlängenselektiv reflektiert . Ändert sich die Temperatur des Spiegelkörpers so ändert sich aufgrund thermischer Ausdehnung die Dicke des Interferenz-Schichtsystems , was zur Folge hat , dass die Wellenlänge der reflektierten Anteile des Lichtsignals sich ändert . Diese Änderung der Wellenlänge kann mit einem geeigneten Lichtsensor gemessen werden . Aus den Messwerten kann auf die Temperatur des Spiegelkörpers im Bereich des Interferenz- Schichtsystems geschlossen werden .
Die Sensoreinrichtung mit der Lichtquelle und dem Lichtsensor kann auf der Rückseite oder seitlich des Spiegelkörpers angeordnet sein, sodass das Lichtsignal zu dem Interferenz- Schichtsystem gelangen kann, ohne zuvor auf die Reflexions fläche zu tref fen . Der Einfallswinkel kann zwischen 0 ° und 60 ° liegen . Das Lichtsignal kann eine Wellenlänge haben, für die das Material des Spiegelkörpers transparent ist . Die Wellenlänge kann beispielsweise im sichtbaren Bereich liegen . Das Interferenz-Schichtsystem und die Wellenlänge des Lichtsignals sind zueinander abgestimmt .
Die Temperaturmessung kann ortsaufgelöst durchgeführt werden, indem Lichtsignale von verschiedenen Bereichen des Interferenz-Schichtsystems getrennt ausgewertet werden . Dazu kann beispielsweise Licht aus mehreren Lichtquellen auf das Interferenz-Schichtsystem geleitet werden und das reflektierte Lichtsignal mit einem Sensorarray ausgewertet werden . Möglich ist auch, dass die Fläche des Interferenz-Schichtsystem mit der Sensoreinrichtung gescannt wird .
In einer Variante ist die Lichtquelle der Sensoreinrichtung vor der Reflexions fläche angeordnet , sodass das Lichtsignal auf die Reflexions fläche tri f ft . In diesem Fall kann das optische Schichtsystem der Reflexions fläche selbst als Dünnschicht- Interferenz filter dienen . Das zur Messung verwendete Lichtsignal sollte dieselbe Wellenlänge haben wie die EUV- /DUV-Strahlung, die im Betrieb der Proj ektionsbelichtungsanlage an der Reflexions fläche reflektiert wird . Die Lichtquelle kann als EUV-Lichtquelle oder als DUV- Licht quelle ausgebildet sein, die Strahlung der betref fenden Wellenlänge abgibt . Än- dert sich durch thermische Ausdehnung die Dicke der Schichten innerhalb des optischen Schichtsystems , so ändert sich der reflektierte Anteil des Lichtsignals , sodass aus dem Messwert auf die Temperatur des Spiegelkörpers im Bereich Reflexionsfläche geschlossen werden kann .
In einer weiteren eigenständig erfinderischen Aus führungs form ist der Spiegelkörper mit einer thermochromatischen Schicht versehen . Die thermochromatische Schicht kann zwischen dem optischen Schichtsystem und dem Grundkörper des Spiegelkörpers angeordnet sein . Besteht der Spiegelkörper aus einem Grundkörper und einem zweiten Teilkörper, so kann die thermochromatische Schicht auch zwischen dem Grundkörper und dem zweiten Teilkörper angeordnet sein .
Die thermochromatische Schicht hat die Eigenschaft bei einer Temperaturänderung die Farbe zu ändern . Die thermochromatische Schicht kann beispielsweise die anorganischen Verbindungen Rutil oder Zinkoxid umfassen, deren Molekül- oder Kristallstruktur sich bei einer Temperaturänderung ändert , sodass es zu einem Wechsel der Farbe kommt . Mit einer Lichtquelle kann ein Lichtsignal von geeigneter Wellenlänge durch das transparente Material des Spiegelkörpers hindurch auf die thermochromatische Schicht gerichtet werden . Der Lichtsensor kann aus einer Änderung in der Farbe der reflektierten Lichtanteile eine Temperaturinformation ableiten und diese an die Steuereinheit senden .
In einer Aus führungs form ist die thermochromatische Schicht so gestaltet , dass bei Überschreiten bzw . Unterschreiten eines bestimmten Temperatur-Schwellwerts ein Farbwechsel stattfindet . Stimmt der Temperatur-Schwellwert mit der Temperatur überein, die der Spiegelkörper im Betrieb der Proj ektionsbelichtungsanlage haben soll , so kann das mit dem Lichtsensor aufgenommene Temperatursignal direkt verwendet werden, um eine Temperaturregelung der Spiegelvorrichtung anzusteuern . Insbesondere kann ein geschlossener Regelkreis vorgesehen sein, sodass der Spiegelkörper in Abhängigkeit von dem Temperatursignal des Lichtsensors lokal gehei zt oder gekühlt wird .
Die Erfindung betri f ft auch ein Proj ektionsobj ektiv einer Proj ektionsbelichtungsanlage , bei dem mit einer Mehrzahl von Spiegelvorrichtungen eine Maske auf ein Lithograf ieobj ekt abgebildet wird, wobei wenigstens eine der Spiegelvorrichtungen als erfindungsgemäße Spiegelvorrichtung ausgebildet ist . Das Proj ektionsobj ektiv kann wenigstens zwei , vorzugsweise wenigstens drei , weiter vorzugsweise wenigstens fünf erfindungsgemäße Spiegelvorrichtungen umfassen . Der mit der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung gewonnene Temperaturmesswert kann in einem Steuerungssystem des Proj ektionsobj ektivs genutzt werden, um einen Betriebsparameter des Proj ektionsobj ektivs anzusteuern . Insbesondere kann der Betriebsparameter unter Nutzung des Temperaturmesswerts in einem geschlossenen Regelkreis geregelt werden . Die Erfindung betri f ft weiter eine Proj ektionsbelichtungsanlage mit einem solchen Proj ektionsobj ektiv .
Die Erfindung betri f ft auch ein Verfahren zum Messen der Temperatur eines Spiegels einer mikrolithografischen Proj ektionsbelichtungsanlage . Der Spiegel umfasst einen Spiegelkörper und eine an dem Spiegelkörper ausgebildete Reflexions fläche . Mit einer Sensoreinrichtung wird eine aus dem Spiegelkörper heraus abgesonderte Energiemenge erfasst , um daraus einen Temperaturmesswert abzuleiten . Der Temperaturmesswert wird an ein Steuersystem der mikrolithografischen Proj ektionsbelichtungsanlage gesendet . Der Spiegel umfasst ein Target mit einem erhöhten Emissionsgrad für Infrarotstrahlung . Die Offenbarung umfasst Weiterbildungen des Verfahrens mit Merkmalen, die im Zusammenhang der erfindungsgemäßen Spiegelvorrichtung beschrieben sind. Die Offenbarung umfasst Weiterbildungen der Spiegelvorrichtung mit Merkmalen, die im Zusammenhang des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben sind.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand vorteilhafte Aus führungs formen beispielhaft beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Pro j ektionsbelichtungsanlage ;
Fig. 2: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Spiegelvorrichtung;
Fig. 3: eine Draufsicht auf den Spiegel der Spiegelvorrichtung aus Fig. 2;
Fig. 4: eine Schnittdarstellung des Spiegels aus Fig. 3 mit einer schematisch dargestellten Sensoreinrichtung;
Fig. 5-7: die Ansicht gemäß Fig. 4 bei einer alternativen
Aus führungs form der Erfindung;
Fig. 8: eine schematische Darstellung eines Vergleichsbeispiels;
Fig. 9-11: schematische Darstellungen von Vergleichsbeispielen;
Fig. 12, 13: die Ansicht gemäß Fig. 3 bei alternativen Ausführungsformen der Erfindung; Fig . 14 : eine weitere erfindungsgemäße Aus führungs form .
In Fig . 1 ist eine mikrotlithograf ische EUV-Pro j ektionsbe- lichtungsanlage schematisch dargestellt . Die Proj ektionsbelichtungsanlage umfasst ein Beleuchtungssystem 10 und ein Proektionsob ektiv 22 . Mithil fe des Beleuchtungssystems 10 wird ein Obj ektfeld 13 in einer Obj ektebene 12 beleuchtet .
Das Beleuchtungssystem 10 umfasst eine Belichtungsstrahlungsquelle 14 , die elektromagnetische Strahlung im EUV-Bereich, also insbesondere mit einer Wellenlänge zwischen 5 nm und 30 nm, abgibt . Die von der Belichtungsstrahlungsquelle 14 ausgehende Beleuchtungsstrahlung wird zunächst mit einem Kollektor 15 in eine Zwischenfokusebene 16 gebündelt .
Das Beleuchtungssystem 10 umfasst einen Umlenkspiegel 17 , mit dem die von der Belichtungsstrahlungsquelle 14 abgegebene Beleuchtungsstrahlung auf einen ersten Facettenspiegel 18 umgelenkt wird . Dem ersten Facettenspiegel 18 ist ein zweiter Facettenspiegel 19 nachgeordnet . Mit dem zweiten Facettenspiegels 19 werden die einzelnen Facetten des ersten Facettenspiegels 18 in das Obj ektfeld 13 abgebildet .
Mithil fe des Proj ektionsobj ektivs 22 wird das Obj ektfeld 13 über eine Mehrzahl von Spiegeln 20 in eine Bildebene 21 abgebildet . In dem Obj ektfeld 13 ist eine Maske ( auch Retikel genannt ) angeordnet , die auf eine lichtempfindliche Schicht eines in der Bildebene 9 angeordneten Wafers abgebildet wird .
Die diversen Spiegel der Proj ektionsbelichtungsanlage , an denen die Beleuchtungsstrahlung reflektiert wird, sind als EUV- Spiegel ausgebildet . Die EUV-Spiegel sind mit hoch reflektierenden Beschichtungen versehen . Es kann sich um Multilayer- Beschichtungen handeln, insbesondere um Multilayer-Beschich- tungen mit alternierenden Lagen aus Molybdän und Sili zium . Die EUV-Spiegel reflektieren etwa 70 % der auf tref f enden EUV- Strahlung . Die restlichen etwa 30 % werden absorbiert und führen zu einer Erwärmung der EUV-Spiegel .
In Fig . 2 ist eine Spiegelvorrichtung gezeigt , bei der ein Spiegelkörper 23 eines Spiegels 20 über Aktuatoren 28 an einer Rahmenstruktur 29 gehalten ist . Uber die Aktuatoren 28 kann die Position des Spiegels 20 relativ zu der Rahmenstruktur 29 verändert werden, um den Spiegel 20 innerhalb der Starrkörperfreiheitsgrade aus zurichten und zu positionieren . An dem Spiegelkörper 23 ist eine Reflexions fläche 24 ausgebildet , an der auftref fende EUV-Strahlung reflektiert wird .
Die Spiegelvorrichtung ist mit einem Kühlsystem ausgestattet , das einen mit einer Kühl flüssigkeit gefüllten Kühlmittelvorrat 33 und eine Pumpe 30 umfasst . Mit der Pumpe 30 wird Kühl flüssigkeit aus dem Kühlmittelvorrat 33 angesaugt und über eine erste Verbindungsleitung 35 zu Kühlkanälen 27 geleitet . Die Kühlkanäle 27 erstrecken sich über die Rahmenstruktur 29 zu dem Spiegelkörper 23 . Uber eine Rückleitung 32 wird ein geschlossener Kühlkreislauf gebildet . Die Kühl flüssigkeit nimmt durch die absorbierte EUV-Strahlung entstehende Wärme auf und führt diese aus dem Spiegelkörper 23 ab . Am Übergang zwischen der Rahmenstruktur 29 und dem Spiegelkörper 23 sind die Verbindungsleitungen 32 , 35 als flexible Schlauchleitungen ausgeführt , damit die Justierung und Ausrichtung der Spiegel nicht behindert wird .
Die Kühlkanäle 27 sind so gestaltet , dass sowohl von der Rahmenstruktur 29 als auch von dem Spiegelkörper 23 Wärme abgeführt wird und beide im Betrieb der Proj ektionsbelichtungsanlage auf einer im Wesentlichen konstanten Temperatur gehalten werden . Innerhalb des Spiegelkörpers 23 verzweigen sich die Kühlkanäle 27 in eine Mehrzahl paralleler Kanäle , sodass die Wärme von der Reflexions fläche 24 gleichmäßig abgeführt wird . Bei der Proj ektionsbelichtungsanlage aus Fig . 1 ist j eder der Spiegel 20 des Proj ektionsobj ektivs 22 als Spiegelvorrichtung gemäß Fig . 2 ausgebildet .
Die Spiegelvorrichtung umfasst eine Steuereinheit 38 , die verschiedene Steuerungsaufgaben für die Spiegelvorrichtung übernimmt . Unter anderem steuert die Steuereinheit 38 die Aktuatoren 28 an, um den Spiegelkörper 23 in eine gewünschte Position und Ausrichtung relativ zu der Rahmenstruktur 29 zu bringen, und steuert die Pumpe 30 des Kühlsystems an, um die Kühlleistung einzustellen . Eine der Eingangsgrößen, die die Steuereinheit 38 beim Ermitteln der Steuerbefehle für die Aktuatoren 28 verarbeitet , sind Temperaturmesswerte über die Temperatur des Spiegelkörpers 23 , die die Steuereinheit 38 von einer Sensoreinrichtung in Form einer für IR-Strahlung sensitiven IR-Kamera 26 erhält . Anhand der Temperaturmesswerte werden Betriebsparameter der Spiegelvorrichtung angesteuert , wie beispielsweise die Aktuatoren 28 oder die Kühlleistung des Kühlsystems . Die Ansteuerung kann innerhalb eines geschlossenen Regelkreises erfolgen .
Gemäß Fig . 4 ist die IR-Kamera 26 auf die Reflexions fläche 24 des Spiegels 20 gerichtet . Die Reflexions fläche ist mit einer Mehrzahl von Targets in Form von Mess feldern 37 versehen, die in Fig . 3 der Anschaulichkeit halber vergrößert dargestellt sind . Tatsächlich haben die Mess felder 37 j eweils eine Fläche von etwa 1 mm2 , während die hori zontale Ausdehnung der Reflexions fläche 24 etwa 80 cm ist . Die Mess felder 37 haben einen hohen Emissionsgrad für langwellige IR-Strahlung, der insbesondere deutlich höher ist als der Emissionsgrad der Reflexions fläche 24 . Die Mess felder 37 werden erzeugt , indem das die Reflexions fläche 24 bildende optische Schichtsystem 40 im Be- reich der Mess felder 37 entfernt wird, sodass das Sili zium- Dioxid-Material des Spiegelkörpers 23 frei zugänglich ist .
In Fig . 12 ist eine alternative Aus führungs form dargestellt , bei der innerhalb der Reflexions fläche 24 eine aktive optische Fläche 51 ausgebildet ist , die im Betrieb der Proj ektionsbelichtungsanlage mit EUV-Strahlung beaufschlagt ist . Die außerhalb der aktiven optischen Fläche 51 angeordneten Bereiche der Reflexions fläche 24 liegen nicht innerhalb des EUV- Strahlengang des Pro ektionsbelichtungsanlage . Die als Messfelder ausgebildeten Targets 52 sind innerhalb der Reflexionsfläche 24 , aber außerhalb der aktiven optischen Fläche 51 angeordnet . Dies hat den Vorteil , dass eine Beeinträchtigung des EUV-Strahlengangs durch die Targets 52 vermieden wird .
Bei der weiteren alternativen Aus führungs form in Fig . 13 umfasst die Reflexions fläche 34 sowohl innerhalb der aktiven optischen Fläche 51 angeordnete Targets 37 als auch außerhalb der aktiven optischen Fläche 51 angeordnete Targets 52 . Wenn die Reflexions fläche 24 dicht mit Targets 37 , 52 belegt ist , ist es einfacher, ortsaufgelöste Temperaturinformationen von der Oberfläche des Spiegels 20 zu gewinnen .
Die IR-Kamera 26 , die sensitiv für langwellige IR-Strahlung mit einer Wellenlänge in der Größenordnung von 10 pm ist , zeichnet die von der gesamten Reflexions fläche 24 emittierte IR-Strahlung auf . In die weitere Auswertung werden aber nur diej enigen Messwerte einbezogen, die sich auf die Mess felder 37 , 52 beziehen . Anhand einer zuvor durchgeführten Kalibrierung, mit der die gemessene Strahlungsleistung zu bestimmten Temperaturmesswerten in Beziehung gesetzt wurde , wird aus den Messwerten ein Temperaturmesswert für j edes der Mess felder 37 , 52 abgeleitet . Die Temperaturmesswerte werden an die Steuer- einheit 38 gesendet und dort zum Zwecke der Ansteuerung der Spiegelvorrichtung ausgewertet .
Die Aussagekraft der Temperaturmesswerte hängt davon ab, dass die mit der IR-Kamera 26 auf gezeichnete Strahlungsleistung nicht durch störende Hintergrundsignale verfälscht wird . Ganz vermeiden lässt die Hintergrundstrahlung sich nicht , da j eder Körper bei einer bestimmten Temperatur eine bestimmte Menge an IR-Strahlung abgibt . Mit der Erfindung wird der Ansatz verfolgt , die Hintergrundstrahlung konstant zu halten . Dazu werden die Komponenten in der Umgebung des Spiegels 20 auf konstanter Temperatur gehalten . In Fig . 2 ist dies am Beispiel der Rahmenstruktur 29 gezeigt , die mit den Kühlkanälen 27 gekühlt wird . Auf vergleichbare Weise gekühlt werden auch die in Fig . 2 nicht dargestellte Komponenten in der Umgebung des Spiegels 20 , wie beispielsweise Gehäuse und ähnliches . Darüber hinaus ist die Oberfläche der Komponenten so gestaltet , dass sie für langwellige IR-Strahlung schwarz ist .
Innerhalb des Pro ektionsob ektivs 22 hat die Spiegelvorrichtung vorzugsweise eine pupillennahe Position . I st ein Spiegel 20 nahe an der Pupille des Strahlengangs angeordnet , so betref fen die Mess felder 37 , 52 das gesamte Feld des Strahlengangs in gleichem Maße . Hat hingegen ein Spiegel 20 einen größeren Abstand zu der Pupille , so kann ein Mess feld 37 , 52 einen bestimmten Bereich innerhalb des Felds des Strahlengangs beeinträchtigen, was in vielen Fällen unerwünscht ist .
Bei der alternativen Aus führungs form gemäß Fig . 5 ist die IR- Kamera 26 auf der Rückseite des Spiegelkörpers 23 angeordnet . Die IR-Kamera ist sensitiv für mittelwellige IR-Strahlung mit einer Wellenlänge in der Größenordnung von 4 pm, für die das Material des Spiegelkörpers 23 transparent ist . Nahe der Reflexions fläche 24 ist der Spiegelkörper 23 mit einer Target- schicht 25 versehen, die einen hohen Emissionsgrad für IR- Strahlung dieser Wellenlänge hat . Die von der Targetschicht 25 emittierte IR-Strahlung, die repräsentativ ist für die Temperatur des Spiegelkörpers 23 in der Umgebung der Targetschicht 25 , breitet sich durch das Material des Spiegelkörpers 23 hindurch zu der IR-Kamera 26 aus . Durch Auswerten der von der Targetschicht 25 emittierten IR-Strahlung kann die IR-Kamera 26 lokal aufgelöst Temperaturmesswerte ermitteln und an die Steuereinheit 38 übermitteln .
In Fig . 6 ist eine Aus führungs form gezeigt , bei der ebenfalls die IR-Kamera 26 auf die Rückseite des Spiegelkörpers 23 gerichtet ist und sensitiv für mittelwellige IR-Strahlung ist . Das Kühlwasser in den Kühlkanälen 27 ist für IR-Strahlung dieser Wellenlänge schwarz , sodass die von dem Kühlwasser abgegebene IR-Strahlung repräsentativ für die Temperatur des Kühlwassers ist . Aus der Temperatur des Kühlwassers kann auf die Temperatur des Spiegelkörpers 23 in der Umgebung der Kühlkanäle 27 geschlossen werden . Die von dem Kühlwasser emittierte IR-Strahlung breitet sich durch das transparente Material des Spiegelkörpers 23 hindurch zu der IR-Kamera 26 aus , die aus der auf genommenen Strahlung Temperaturmesswerte ermittelt , die entlang der Länge der Kühlkanäle 27 lokal aufgelöst sind .
Bei der Aus führungs form gemäß Fig . 7 sind im Bereich zwischen den Kühlkanälen 27 und der Reflexions fläche 24 Kavitäten 36 in dem Spiegelkörper 23 ausgebildet . Die Kavitäten 36 sind mit Wasser gefüllt . Auf vergleichbare Weise wie bei dem Aus führungsbeispiel gemäß Fig . 6 wird mit der auf der Rückseite des Spiegelkörpers 23 angeordneten IR-Kamera 26 die Temperatur des Wassers in den Kavitäten 36 ermittelt . Da die Kavitäten 36 näher an der Reflexions fläche 24 liegen, wird eine Temperaturinformation aus gerade dem Bereich des Spiegelkörpers 23 gewon- nen, der für die Ansteuerung der Spiegelvorrichtung besonders relevant ist .
In Fig . 14 ist eine alternative Aus führungs form gezeigt , bei der das Target 53 in einer Kavität 54 des Spiegelkörpers 23 angeordnet ist . Die Kavität 54 erstreckt sich von dem Target 53 bis zur der Reflexions fläche 24 gegenüberliegenden Rückseite des Spiegelkörpers 23 . Mit dem Target 53 wird die Stirnfläche der Kavität 54 bedeckt . Die Mantel fläche der Kavität 54 ist mit einer Beschichtung versehen, die eine hohe Reflektivi- tät für Infrarotstrahlung hat . Von dem Target 53 abgegebene Infrarotstrahlung wird entlang der Kavität 54 wie in einem Lichtleiter nach außen geleitet . Mit einer IR-Kamera 26 wird die Infrarotstrahlung aufgenommen . Es werden Temperaturmesswerte ermittelt , die die Temperatur der Targets 53 in den Kavitäten 54 repräsentieren .
Die Fig . 8 zeigt schematisch den Aufbau eines Spiegels 20 mit dem Spiegelkörper 23 und einem darauf aufgebrachten optischen Schichtsystem 40 mit alternierenden Lagen aus Molybdän und Sili zium . Das optische Schichtsystem 40 bildet die Reflexionsfläche 24 . Mit einem solchen Schichtsystem können etwa 70 % der auf tref f enden EUV-Strahlung reflektiert werden .
In der schematischen Darstellung der Fig . 8 ist auf der horizontalen Achse die Z-Richtung aufgetragen, die sich ausgehend von der Reflexions fläche 24 in die Tiefe des Spiegelkörpers 23 erstreckt . Die vertikale Achse zeigt die Energie der auf treffenden EUV-Strahlung 42 als Amplitude einer sinus förmigen Kurve . Die EUV-Strahlung 42 bildet eine stehende Welle in dem optischen Schichtsystem 40 , wobei die Amplitude mit zunehmendem Eindringen in das optische Schichtsystem 40 abnimmt . Durch eine Wechselwirkung zwischen der EUV-Strahlung 42 und dem optischen Schichtsystem 40 werden Elektronen aus ihrer Bindung in- nerhalb des optischen Schichtsystems 14 gelöst . Die herausgelösten Elektronen bilden freie Ladungsträger 41 auf der Oberfläche des optischen Schichtsystems 40 . Das optische Schichtsystem 40 ist gegenüber dem Spiegelkörper 23 isoliert , sodass die Ladungsträger nicht in den Spiegelkörper 23 abfließen können .
Zum Ableiten der Ladungsträger wird ein elektrischer Kontakt zu einer Erdung 44 hergestellt . Zwischen der Erdung 44 und dem optischen Schichtsystem 40 ist ein Messgerät 43 angeordnet , das den elektrischen Strom und damit die Zahl der Ladungsträger 41 misst .
Die Wechselwirkung zwischen der EUV-Strahlung 42 und dem optischen Schichtsystem 40 ist abhängig von der Dicke der Schichten innerhalb des optischen Schichtsystems 40 . Die Dicke der Schichten innerhalb des optischen Schichtsystems 40 ändert sich aufgrund thermischer Ausdehnung mit der Temperatur . Die Stärke des elektrischen Felds an der Oberfläche des optischen Schichtsystems 40 korreliert mit der thermischen Ausdehnung des optischen Schichtsystems 40 . Die Zahl der Ladungsträger 41 , die proportional zur Stärke des elektrischen Felds ist , bildet damit ein Maß für die Temperatur . Nach geeigneter Kalibrierung kann das Messgerät 43 aus der Zahl der Ladungsträger 41 eine Temperaturinformation ableiten und diese an die Steuereinheit 38 senden .
In Fig . 9 ist eine Aus führungs form gezeigt , bei der zwischen dem Spiegelkörper 23 und dem optischen Schichtsystem 40 der Reflexions fläche 24 ein Interferenz-Schichtsystem 45 ausgebildet ist . Die Sensoreinrichtung umfasst eine Lichtquelle 46 und einen Lichtsensor 48 . Die Lichtquelle 46 gibt ein Lichtsignal 47 ab, dessen Wellenlänge im sichtbaren Bereich liegt . Das Lichtsignal 47 tri f ft unter einem Einfallswinkel zwischen 0 ° und 60 ° auf die Rückseite des Spiegelkörpers 23 und tritt durch das transparente Material des Spiegelkörpers 23 hindurch bis zu dem Interferenz-Schichtsystem 45 . Das Interferenz- Schichtsystem 45 unterliegt einer thermischen Ausdehnung, sodass die Schichtdicke der Schichten innerhalb des Interferenz- Schichtsystems 45 ein Maß für die Temperatur des Spiegelkörpers 23 im Bereich der Reflexions fläche 24 bildet .
Das Interferenz-Schichtsystem 45 kann als Bragg-Filter mit vertikal alternierenden Dicken oder als Rugatefilter mit kontinuierlich verändertem Brechungsindex wirken . Bei Änderung der Temperatur gegenüber einem Referenz zustand ändern sich Dicke und Brechungsindex der Materialien innerhalb des Interferenz-Schichtsystems 45 . In der Folge verschiebt sich das resultierende Transmissions- oder Reflexionsspektrum des Filters um AX . In dem Aus führungsbeispiel gemäß Fig . 9 wertet der Lichtsensor 48 das Reflexionsspektrum aus . Alternativ kann das Verfahren auch unter Auswertung des Transmissionsspektrums durchgeführt werden . Nach geeigneter Kalibrierung wird aus dem Reflexionsspektrum eine Temperaturinformation abgeleitet , die an die Steuereinheit 38 gesendet wird .
Das Verfahren kann mit mehreren Wellenlängen durchgeführt werden . Die Genauigkeit kann erhöht werden, indem Wellenlängenbereiche ausgewählt werden, innerhalb der große Reflexionsänderungen statt finden . Durch Mehrfachanwendung an verschiedenen Orten, z . B . durch ein Laserdiodenarray oder einen scannenden Laser kann mit diesem Verfahren auch lokal aufgelöste Temperaturmesswerte gewonnen werden .
Bei der Variante gemäß Fig . 10 wird das optische Schichtsystem 40 als Interferenz filter genutzt . Die Wellenlänge der mit der Lichtquelle 46 abgegebenen Strahlung liegt innerhalb des funktionalen Wellenlängenbereichs des optischen Schichtsystems 40 . Im vorliegenden Aus führungsbeispiel gibt die Lichtquelle 46 EUV-Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen 13 nm und 14 nm ab, die unter einem Einfallswinkel 49 zwischen 0 ° und 45 ° auf die Oberfläche des optischen Schichtsystems 40 tri f ft . Vergleichbar wie in Fig . 9 ermittelt der Lichtsensor 48 aus dem Reflexionsspektrum eine Temperaturinformation und sendet diese an die Steuereinheit 38 .
Bei dem Aus führungsbeispiel in Fig . 11 ist der Spiegelkörper 23 mit einer benachbart zu dem optischen Schichtsystem 40 angeordneten thermochromatischen Schicht 50 versehen . Die thermochromatische Schicht 50 hat die Eigenschaft bei einer Temperaturänderung die Farbe zu ändern . Die thermochromatische Schicht 50 kann beispielsweise die anorganischen Verbindungen Rutil oder Zinkoxid umfassen, deren Molekül- oder Kristallstruktur sich bei einer Temperaturänderung ändert , sodass es zu einem Wechsel der Farbe kommt . Die Lichtquelle 46 kann ein Lichtsignal 47 von geeigneter Wellenlänge durch das transparente Material des Spiegelkörpers 23 hindurch auf die thermochromatische Schicht 50 richten . Der Lichtsensor 48 leitet aus einer Änderung in der Farbe der reflektierten Lichtanteile eine Temperaturinformation ab und sendet diese an die Steuereinheit 38 . Auch mit diesem Verfahren können wie oben beschrieben ortsaufgelöste Temperaturmesswerte gewonnen werden .
In einer Aus führungs form ist die thermochromatische Schicht 50 so gestaltet , dass bei Überschreiten bzw . Unterschreiten eines bestimmten Temperatur-Schwellwerts ein Farbwechsel stattfindet . Stimmt der Temperatur-Schwellwert mit der Temperatur überein, die der Spiegelkörper 23 im Betrieb der Proj ektionsbelichtungsanlage haben soll , so kann das mit dem Lichtsensor 48 aufgenommene Temperatursignal direkt verwendet werden, um eine Temperaturregelung der Spiegelvorrichtung anzusteuern . Insbesondere kann ein geschlossener Regelkreis vorgesehen sein, sodass der Spiegelkörper 23 in Abhängigkeit von dem Temperatursignal des Lichtsensors 48 lokal gehei zt oder gekühlt wird .

Claims

Patentansprüche Spiegelvorrichtung, insbesondere für eine mikrolithografische Projektionsbelichtungsanlage, mit einem Spiegel (20) , einer Sensoreinrichtung (26) und einer Steuereinheit (38) , wobei der Spiegel (20) einen Spiegelkörper (23) und eine an dem Spiegelkörper (23) ausgebildete Reflexionsfläche (24) aufweist, wobei die Sensoreinrichtung (26) dazu ausgelegt ist, aus dem Spiegelkörper (23) heraus abgesonderte Infrarotstrahlung zu erfassen, um daraus einen Temperaturmesswert abzuleiten, und den Temperaturmesswert an die Steuereinheit (38) zu senden, wobei der Spiegel (20) ein Target (37) mit einem erhöhten Emissionsgrad für Infrarotstrahlung umfasst . Spiegelvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Sensoreinrichtung (26) dazu ausgelegt ist, die von dem Spiegelkörper
(23) ausgehende Infrarot-Strahlung ortsaufgelöst zu erfassen . Spiegelvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Sensoreinrichtung (26) vor der Reflexionsfläche (24) angeordnet ist. Spiegelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Spiegel (20) ein in der Reflexionsfläche (24) ausgebildetes Target (37) umfasst, das einen höheren Emissionsgrad für Infrarot-Strahlung aufweist als die Reflexionsfläche
(24) . Spiegelvorrichtung nach Anspruch 4, wobei das Target (37) ausgespart ist von einem die Reflexionsfläche (24) bildenden optischen Schichtsystem (40) .
6. Spiegelvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei das Verhältnis zwischen der Größe der Reflexionsfläche (24) und der Größe des Targets (37) mindestens 104, vorzugsweise mindestens 106, weiter vorzugsweise mindestens 108 ist.
7. Spiegelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Spiegel (20) ein außerhalb einer aktiven optischen Fläche (51) angeordnetes Target (52) umfasst.
8. Spiegelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Sensoreinrichtung (26) für langwellige Infrarotstrahlung mit Wellenlängen zwischen 7 pm und 14 pm sensitiv ist .
9. Spiegelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Spiegel ein Target (25, 27, 36) umfasst, das im Inneren des Spiegelkörpers (23) angeordnet ist.
10. Spiegelvorrichtung nach Anspruch 9, wobei das Target (25, 27, 26) in einer Kavität angeordnet ist, die in dem Spiegelkörper (23) ausgebildet ist.
11. Spiegelvorrichtung nach Anspruch 9, wobei das Target (53) in das Material des Spiegelkörpers (23) integriert ist.
12. Spiegelvorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Sensoreinrichtung (26) für einen Wellenlängenbereich innerhalb des Infrarot-Spektrums sensitiv ist, für den das Material des Spiegelkörpers (23) transparent ist.
13. Spiegelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, umfassend ein Kühlsystem (27, 30, 33) , um eine Rahmenstruktur (29) der Spiegelvorrichtung und/oder ein zu der Spiegelvorrichtung benachbartes Gehäuse auf einer konstanten Temperatur zu halten. Spiegelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei eine Rahmenstruktur (29) der Spiegelvorrichtung und/oder ein zu der Spiegelvorrichtung benachbartes Gehäuse mit einer Oberfläche versehen sind, die einen für Infrarotstrahlung hohen Emissionsgrad aufweisen. Projektionsobjektiv für eine mikrolithografische Projektionsbelichtungsanlage (10, 22) , bei dem mit einer Mehrzahl von Spiegelvorrichtungen (20) eine Maske (13) auf ein Lithograf ieobj ekt (21) abgebildet wird, wobei wenigstens eine der Spiegelvorrichtungen als Spiegelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14ausgebildet ist. Verfahren zum Messen der Temperatur eines Spiegels (20) einer mikrolithografischen Projektionsbelichtungsanlage, bei dem der Spiegel (20) einen Spiegelkörper (23) und eine an dem Spiegelkörper (23) ausgebildete Reflexionsfläche (24) aufweist, bei dem mit einer Sensoreinrichtung (26) aus dem Spiegelkörper (23) heraus abgesonderte Infrarotstrahlung erfasst wird, um daraus einen Temperaturmesswert abzuleiten, und bei dem der Temperaturmesswert an ein Steuersystem der mikrolithografischen Projektionsbelichtungsanlage gesendet wird, wobei der Spiegel (20) ein Target (37) mit einem erhöhten Emissionsgrad für Infrarotstrahlung umfasst.
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