WO2024094360A1 - Optisches system, sowie verfahren zum betreiben eines optischen systems - Google Patents

Optisches system, sowie verfahren zum betreiben eines optischen systems Download PDF

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WO2024094360A1
WO2024094360A1 PCT/EP2023/075903 EP2023075903W WO2024094360A1 WO 2024094360 A1 WO2024094360 A1 WO 2024094360A1 EP 2023075903 W EP2023075903 W EP 2023075903W WO 2024094360 A1 WO2024094360 A1 WO 2024094360A1
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WO
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heating
optical system
optical
segments
optical element
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PCT/EP2023/075903
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English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Raba
Hans Michael STIEPAN
Johannes Lippert
Markus Raab
Axel Witt
Original Assignee
Carl Zeiss Smt Gmbh
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Publication date
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    • 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
    • G03F7/708—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
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    • 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
    • G03F7/70258—Projection system adjustments, e.g. adjustments during exposure or alignment during assembly of projection system
    • G03F7/70266—Adaptive optics, e.g. deformable optical elements for wavefront control, e.g. for aberration adjustment or correction

Definitions

  • the invention relates to an optical system and a method for operating an optical system, in particular in a microlithographic projection exposure system.
  • Microlithography is used to produce microstructured components, such as integrated circuits or LCDs.
  • the microlithography process is carried out in a so-called projection exposure system, which has an illumination device and a projection lens.
  • mirrors are used as optical components for the imaging process due to the lack of availability of suitable light-transmitting refractive materials.
  • a problem that occurs in practice is that the EUV mirrors heat up and experience thermal expansion or surface deformation, among other things as a result of absorption of the radiation emitted by the EUV light source, which in turn can impair the imaging properties of the optical system.
  • Various approaches are known to avoid such surface deformations and the associated optical aberrations.
  • ultra-low expansion material a material with ultra-low thermal expansion
  • the mirror substrate material e.g. a titanium silicate glass sold under the name ULETM by Corning Inc.
  • ULETM titanium silicate glass sold under the name ULETM by Corning Inc.
  • zero crossing temperature the so-called zero crossing temperature
  • the thermal expansion coefficient has a zero crossing in its temperature dependence, in the vicinity of which no or only negligible thermal expansion of the mirror substrate material occurs.
  • Another approach to avoiding surface deformations caused by heat input into an EUV mirror involves active direct cooling via cooling channels formed in the mirror substrate and through which a cooling fluid can flow.
  • Heating device can be used for active mirror heating in phases of comparatively low absorption of EUV useful radiation, which is reduced accordingly as the absorption of the EUV useful radiation increases.
  • an EUV mirror is exposed to changing intensities of the incident electromagnetic radiation during operation of the microlithographic projection exposure system, also in a local sense, e.g. due to the use of illumination settings with intensity varying over the optical effective area of the respective EUV mirror.
  • An optical system according to the invention in particular in a microlithographic projection exposure system, which has a predetermined working wavelength ⁇ , has
  • the heating device has a plurality of heating segments to which electric current can be applied to generate heat
  • a continuous thermally induced deformation profile of the optical effective surface with a deformation amplitude of at least 1 ⁇ can be set by the heating segments such that the integral of the Fourier decomposition over at least one decadic spatial wavelength range is less than 10 m ⁇ .
  • the generation of a heating profile according to the invention can be carried out in particular to avoid a deformation of the optical effective surface of the optical element that ultimately occurs during operation of the optical system.
  • the generation of the heating profile can also be carried out with the aim of active manipulation, i.e. a targeted deformation of the optical effective surface in the sense of an actuation (e.g. to correct aberrations caused elsewhere in the optical system).
  • the invention is based in particular on the concept of realising comparatively smoother gradients in the ultimately set heating profile by using an electric heating device, by avoiding undesirable sharp transitions or edges between different heating zones.
  • the realisation of such a comparatively smooth The course can be carried out in different ways, as described below using different embodiments.
  • the integral of the Fourier decomposition of the set deformation profile serves as a measure for the waviness of this deformation profile.
  • a deformation profile with a significant stroke of at least 1 ⁇ can be set, wherein the integral of the Fourier decomposition of the set deformation profile in a decadic spatial wavelength range (e.g. from 0.1 mm to 1 mm) is less than 10 m ⁇ .
  • the heating device is designed such that at least two heating zones generated by different heating segments have a sufficiently large overlap.
  • the invention here includes the concept of preventing the problem described in the introduction of the formation of undesirable step profiles by generating heating zones that partially overlap each other significantly using the heating device according to the invention. The realization of such a sufficient overlap can again be carried out in different ways, as described below using various exemplary embodiments.
  • the inventive implementation of heating profiles in an optical element using heating segments that can be supplied with electrical current is advantageous in several respects compared to radiation-based heating (e.g. via IR radiators).
  • the invention avoids the scattered light effects that usually accompany radiation-based heating systems.
  • a significantly higher spatial resolution can be achieved with regard to the adjustable heating profiles compared to radiation-based heating systems.
  • the direct coupling between the respective heating segments on the one hand and the optical element to be heated on the other hand a tracking control is not necessary in the event of a change in position (e.g. tilting) of the optical element in question.
  • heating segments according to the invention can also serve as temperature sensors, with the result that closed control of the thermal state of the relevant optical element and thus targeted detection and influencing of the temperature distribution or the resulting thermally induced deformation of the optical element is possible without additional design effort for temperature measurement.
  • a change in the lighting setting that occurs during operation of the optical system can be detected immediately and used as the basis for a dynamic adjustment of the heating profile set according to the invention.
  • the continuous thermally induced deformation profile with a deformation amplitude of at least 1 ⁇ is adjustable such that the integral of the Fourier decomposition over at least one decadic spatial wavelength range is less than 5 m ⁇ , in particular less than 3 mA.
  • the at least one decadic spatial wavelength range comprises spatial wavelengths smaller than 100 pm.
  • the at least one decadic spatial wavelength range comprises spatial wavelengths from 100 m to 1 mm.
  • the at least one decadic spatial wavelength range comprises spatial wavelengths from 1 mm to 10 mm.
  • the working wavelength is less than 250 nm, in particular less than 200 nm. According to one embodiment, the working wavelength is less than 30 nm, in particular less than 15 nm.
  • At least two heating zones generated by different heating segments partially overlap each other.
  • the heating segments are arranged in at least two different planes with different distances from the optical active surface.
  • the heating segments interlock in sections.
  • the heating segments can in particular form an arrangement that is nested at least in some areas.
  • the heating segments are designed as electrical conductor tracks which, in order to achieve a locally varying heating output, form a branched arrangement and/or vary in their width, their relative distance from one another or their material.
  • the heating segments are designed as layers or layer segments.
  • the heating segments can be selectively controlled independently of one another for the variable setting of different thermally induced deformation profiles in the optical element.
  • this selective control of the heating segments comprises a transmission of control signals of different frequencies to different heating segments via a common supply line.
  • the optical system comprises a control device for varying a heating device in the optical element as a function of an illumination setting set in the optical system.
  • the optical element is a mirror.
  • the invention further relates to a method for operating an optical system, in particular in a microlithographic projection exposure system, wherein the optical system has a predetermined working wavelength ⁇ , at least one optical element with an optical active surface and a heating device for heating this optical element with a plurality of heating segments that can be supplied with electrical current to generate heat, wherein a continuous thermally induced deformation profile of the optical active surface with a deformation amplitude of at least 1 ⁇ is set by the heating segments in such a way that the integral of the Fourier decomposition over at least one decadic spatial wavelength range is less than 10 m ⁇ .
  • a thermally induced deformation profile set via the heating segments is varied depending on an illumination setting set in the optical system.
  • the continuous thermally induced deformation profile is adjusted such that a deformation of the optical element that occurs during operation of the optical system when the optical element is exposed to electromagnetic radiation is at least partially compensated.
  • the continuous thermally induced deformation profile is adjusted such that an optical aberration occurring during operation of the optical system is at least partially compensated.
  • the disclosure further relates to a method for operating an optical system, wherein the optical system comprises an optical element and a Heating device for heating this optical element with a plurality of heating segments that can be supplied with electrical current to generate heat, wherein a heating profile set via these heating segments is selected depending on an illumination setting used in the optical system.
  • the disclosure here includes the concept of avoiding or at least reducing thermally induced deformations of an optical element (e.g. a mirror) in an optical system by setting a heating profile in the optical element that is adapted to the illumination setting currently used in operation of the optical system.
  • the said illumination setting is, for example, a dipole setting with horizontally arranged illumination poles
  • a heating profile complementary to this illumination setting or the temperature distribution generated thereby in the optical element can be generated on the optical effective surface on the optical element or mirror via the heating device according to the invention in order to achieve a locally homogeneous temperature distribution in the optical element and accordingly effectively avoid thermally induced deformations.
  • Figure 1 is a schematic representation of the possible structure of a microlithographic projection exposure system designed for operation in the EUV;
  • FIGS. 2a-2b are schematic representations to explain a possible embodiment of a heating device according to the invention with branched conductor tracks;
  • Figures 3-4 are schematic representations to explain a possible saving of cable feed lines according to the invention.
  • FIGS. 5a-7 show schematic representations to explain possible embodiments of a heating device according to the invention with the use of an intermediary layer of comparatively low electrical conductivity;
  • FIGS. 8a-8b are schematic representations to explain possible embodiments of a heating device according to the invention based on inductive energy supply;
  • FIG. 9-1 Ob schematic representations to explain possible realizations of a heating device according to the invention with overlapping heating zones;
  • Figure 11 is a schematic representation to explain a possible minimization of the number of channels or supply lines in a heating device according to the invention
  • Figure 12 is a schematic representation of another embodiment of a heating device according to the invention.
  • Figures 13a-13d are schematic representations for explaining an additional temperature measurement possible in a heating device according to the invention.
  • Figure 14 is a diagram illustrating a Fourier decomposition in logarithmic plot of the spatial wavelength axis for an exemplary surface structure
  • FIG. 15a-18b Diagrams of different temperature profiles generated by individual heating segments and their superposition.
  • Figure 19 is a diagram illustrating the influence of lateral heat conduction on the overlap of the temperature profiles of adjacent heating segments.
  • Fig. 1 shows a schematic meridional section of the possible structure of a microlithographic projection exposure system designed for operation in the EUV.
  • the invention is not limited to use in a projection exposure system designed for operation in the EUV.
  • the invention can also be advantageously used in a projection exposure system designed for operation in the DUV (i.e. at wavelengths less than 250 nm, in particular less than 200 nm) or in another optical system.
  • the projection exposure system 101 has an illumination device 102 and a projection lens 110.
  • the illumination device 102 of the projection exposure system 101 has, in addition to a light or radiation source 103, an illumination optics 104 for illuminating an object field 105 in an object plane 106.
  • the light source 103 can also be provided as a module separate from the other illumination device. In this case, the illumination device does not comprise the light source 103.
  • a reticle 107 arranged in the object field 105 is exposed.
  • the reticle 107 is held by a reticle holder 108.
  • the reticle holder 108 can be displaced in particular in a scanning direction via a reticle displacement drive 109.
  • a Cartesian xyz coordinate system is shown in Fig. 1 for explanation purposes.
  • the x-direction runs perpendicular to the drawing plane.
  • the y-direction runs horizontally and the z-direction runs vertically.
  • the scanning direction in Fig. 1 runs along the y-direction.
  • the z-direction runs perpendicular to the object plane 106.
  • the projection lens 110 is used to image the object field 105 into an image field 111 in an image plane 112.
  • a structure on the reticle 107 is imaged onto a light-sensitive layer of a wafer 113 arranged in the area of the image field 111 in the image plane 112.
  • the wafer 113 is held by a wafer holder 114.
  • the wafer holder 114 can be displaced via a wafer displacement drive 115, in particular along the y-direction.
  • the displacement of the reticle 107 on the one hand via the reticle displacement drive 109 and the wafer 113 on the other hand via the wafer displacement drive 115 can be synchronized with one another.
  • the radiation source 103 is an EUV radiation source.
  • the radiation source 103 emits in particular EUV radiation, which is also referred to below as useful radiation or illumination radiation.
  • the useful radiation has in particular a wavelength in the range between 5 nm and 30 nm.
  • the radiation source 103 can be, for example, a plasma source, a synchrotron-based radiation source or a free- Electron lasers (“free electron lasers”, FEL).
  • the illumination radiation 116 which emanates from the radiation source 103, is bundled by a collector 117 and propagated through an intermediate focus in an intermediate focus plane 118 into the illumination optics 104.
  • the illumination optics 104 has a deflection mirror 119 and, downstream of this in the beam path, a first facet mirror 120 (with schematically indicated facets 121) and a second facet mirror 122 (with schematically indicated facets 123).
  • the projection lens 110 has six mirrors M1 to M6. Alternatives with four, eight, ten, twelve or a different number of mirrors Mi are also possible.
  • the penultimate mirror M5 and the last mirror M6 each have a passage opening for the illumination radiation 116.
  • the projection lens 110 is a double-obscured optic.
  • the projection lens 110 has a numerical aperture on the image side that is greater than 0.5 and can also be greater than 0.6 and can be, for example, 0.7 or 0.75.
  • the electromagnetic radiation impinging on the optical effective surface of the mirrors is partially absorbed and, as explained above, leads to heating and an associated thermal expansion or deformation, which in turn can result in an impairment of the imaging properties of the optical system.
  • the inventive concept for heating a mirror can be applied particularly advantageously to any mirror of the microlithographic projection exposure system 101 of Fig. 1. This can be used to avoid or compensate for thermally induced deformations of the mirror in question itself (for example, to compensate for a local distribution of the zero-crossing temperature) or to provide an additional degree of freedom with regard to the adjustment of the wavefront properties of the entire optical system, ie without or with the achievement of a corrective effect by the mirror in question.
  • the invention now includes in particular the concept of realizing comparatively smoother gradients in the ultimately set heating profile, based on the use of an electric heating device for heating a mirror, by avoiding undesirable sharp transitions or edges between different heating zones.
  • embodiments are described below in which the realization of such a comparatively smooth gradient takes place in different ways.
  • the heating device has a plurality of heating segments that can be supplied with electrical current to generate heat.
  • this deformation profile can be set as a continuous thermally induced deformation profile with a deformation amplitude of at least 1 ⁇ such that the integral of the Fourier decomposition over at least one decadic spatial wavelength range is less than 10 mA.
  • Fig. 14 shows a Fourier decomposition of the deformation profile in a logarithmic plot of the spatial wavelength axis for any surface structure, with the spatial wavelength range from 0.001 mm to 10 mm being shown.
  • the deformation profile therefore has a comparatively low waviness in this spatial wavelength range.
  • Fig. 15a-15b, Fig. 16a-16b, Fig. 17a-17b and Fig. 18a-18b show schematically four different temperature profile types (referred to as “temperature profile 1” to “temperature profile 4” in Fig. 15a-18a) with example five temperature profiles of the individual heating segments, which are referred to in Fig. 15b- 18b as “A” corresponding to the temperature profile of heating segment A to “E” corresponding to the temperature profile of heating segment E.
  • the (normalized) superposition of the heating profiles was calculated as 1 *TA+2*TB+3*TC+2*TD+1 *TE.
  • Temperature profile 1 a pronounced waviness of the superposition of the temperatures can be seen.
  • the waviness is reduced in “Temperature Profile 2" due to the larger overlap of the temperature profiles of the individual heating segments "A” - “E”. Due to the sufficiently large overlap, no waviness of the overlay is visible in “Temperature Profile 3”.
  • “Temperature Profile 4" corresponds to an overlay of top hat-shaped temperature profiles and has a strong step, which can also be interpreted as waviness.
  • Fig. 19 should illustrate this. If a temperature is imposed in the center of a body, the thermal energy flows into areas of lower temperature, which heats up these areas and makes the temperature profile wider overall. At time ti, the surface temperature on the body is Ti, at a later time t2, a surface temperature T2, etc.
  • Fig. 2a shows a schematic representation to explain a possible embodiment of a heating device according to the invention, wherein Fig. 2b shows a corresponding equivalent circuit diagram to explain the mode of operation.
  • the heating device according to the invention comprises, in a first embodiment, electrical conductor tracks in a branched arrangement, wherein in the present case - but without the invention being limited to this - a spiral arrangement is formed.
  • a conductor track running from the inside of the spiral divides radially outwards according to the spiral course, first into two conductor tracks and then into three conductor tracks, which, assuming a constant cross-section of the conductor tracks according to the equivalent circuit diagram in Fig.
  • the specific heat output per line length is proportional to the square of the current intensity, so that the resulting heating output decreases to a third from the radial inside to the radial outside.
  • the design described above not only results in a local variation of the heat distribution introduced into the optical element to be heated (e.g. an EUV mirror), but also has the advantage, compared to a conventional sector heater with sharply delimited heating zones, that undesirable step profiles during thermalization or the ultimately thermally induced deformation profile are avoided.
  • the optical element to be heated e.g. an EUV mirror
  • Fig. 3 and Fig. 4 show, in a schematic representation, advantageous embodiments of the control of different heating segments of a heating device according to the invention, whereby a limitation of the wiring effort associated with this control is achieved in each case.
  • the heating segments in question are selectively controlled via different frequencies of the control signal, which according to Fig. 3 is achieved using the individual heating segments (with heating resistors H-1, H-2, ). assigned bandstop filters B-1, B-2, ...
  • the control signals of different frequencies can therefore be fed via one and the same supply line, since only the control signal with the frequency blocked by the first bandstop filter B-1 flows via the first heating resistor H-1, only the control signal with the frequency blocked by the second bandstop filter B-2 flows via the heating resistor H-2, etc.
  • only two supply lines are required for the heating device, with the result that the number of necessary lines is significantly reduced.
  • inventive generation of a desired heating profile when heating an optical element can also be carried out in further embodiments according to Fig. 5a-5b using an electrical mediator layer with comparatively low electrical conductivity.
  • a mediator layer is designated “510” and is subjected to a locally variable adjustable voltage via electrodes designated “511", “512", “513", ... for resistive heating.
  • the heating profile ultimately set here can also be specified via the suitable structuring of the electrodes.
  • Fig. 5b schematically shows a further embodiment, wherein an intermediary layer 520 of comparatively low electrical conductivity is used in combination with a spiral conductor track, with the result that - as indicated in section according to Fig. 5b and in plan view according to Fig. 6a - the intermediary layer 520 enables a partial short circuit between the radially adjacent sections 531, 532, 533 of the spiral conductor track 530.
  • "540" designates the voltage source for generating the electrical voltage applied to the spiral conductor track 530.
  • the equivalent circuit diagram shown in Fig. 6b and the diagram for the course of the heating power from the inside of the spiral to the outside of the spiral also shown in Fig.
  • the heating power introduced locally into the respective optical element decreases in a radial outward direction due to the partial current flow via the mediator layer 520 (which is represented in Fig. 6a-6b via ohmic resistors). Since the heating profile is determined both by the course of the conductor track and by the As a result, the number of design degrees of freedom in setting a desired heating profile is increased by the intermediary layer 520.
  • the intermediary layer 520 can also be structured to influence the heating profile.
  • FIG. 7 shows a schematic representation of another possible embodiment.
  • a heating layer 720 of comparatively high specific electrical resistance is used here to heat an optical element in the form of a mirror with a mirror substrate 705 and a reflection layer system 740, this heating layer 720 being arranged between a first electrode layer 730 located on its side facing the reflection layer stack 740 and a second electrode layer 710 located on its side facing the mirror substrate 705.
  • the electrode layers 710, 730 can be structured in a suitable manner to generate a desired heating profile.
  • the electrical current flows in the z direction relative to the coordinate system shown to generate the heating profile.
  • the electrical resistance of the heating layer 720 is preferably at least 100 times higher, more preferably at least 1,000 times higher, more preferably at least 10,000 times higher than the electrical resistance of the supply lines or the electrode layers 710, 730.
  • a locally selective or controllable heat input can also be achieved by inducing electrical eddy currents in at least one electrically conductive inductive layer via alternating magnetic fields.
  • Fig. 8a-8b show schematic representations of corresponding embodiments.
  • "812" or “822” respectively denotes an inductive layer
  • "811” or “821” respectively denotes an insulating layer
  • “810” or “820” respectively denotes the mirror substrate.
  • a coil array 813 or 823 is used to provide a plurality of effective heat sources and to generate a desired temperature distribution.
  • the eddy current formation and thus the Heat input can also be influenced by suitable design of electrically conductive areas within the inductive layer 812 or 822.
  • the coils or the coil array can be arranged on the back of the mirror (see Fig. 8a) or within the layer structure of the mirror or near the optical effective surface of the mirror (see Fig. 8b, in which the optical effective surface itself is not shown).
  • the principle is used whereby, as a result of eddy current losses occurring at the respective location of the current flow, heat is introduced into the electrically conductive material of the inductive layer, which can be used to deform the optical element or its optical effective surface. Since the penetration depth of such eddy currents depends on the frequency of the alternating magnetic field, the location of the respective heat input or its distance from the optical effective surface can be controlled by selecting the appropriate frequency of the alternating magnetic field.
  • an electrically conductive, inductive layer of sufficient thickness or a plurality of discrete inductive layers can be provided.
  • the fact that the spatial spread of the induced eddy currents parallel to the optical effective surface is also frequency-dependent can also be exploited, since at comparatively high frequencies the eddy currents concentrate closer to the coil and thus a focused heat input is created.
  • the form of the eddy current formation can be manipulated via the shape of the coils used to generate the alternating magnetic fields and also by using suitable ferromagnetic materials (such as iron or ferrites), which increase the magnetic flux density due to their high permeability.
  • electrically conductive areas can also be provided in a targeted manner in which eddy current formation is possible.
  • ferroelectric materials Their saturation properties can also be used by imposing a static magnetic field to form fields or eddy currents (in the sense of a ferromagnetic inductive layer).
  • a ferromagnetic layer can also be used for the heat input according to the invention (using the magnetization losses that occur in ferromagnetic materials).
  • a scanning operation can also be implemented using one or more movable coils. The magnetic fields generated by several coils can also be used to saturate a ferromagnetic layer everywhere except for a field-free point or area, whereby this field-free area then generates heat when magnetized, so that a scanning heat source can be implemented by moving this field-free area.
  • the coils used to generate the magnetic field can be designed in any way (e.g. through a coating process or by winding a wire). Furthermore, both the position of the coils and the position of the conductive or inductive layer can be optimized depending on the installation space either for maximum efficient heating or minimal influence on other components in the optical system.
  • the heating of an optical element or mirror according to the invention can be carried out via heating wires or conductor tracks, which can be implemented by coating and structuring processes and can be arranged on the back of the mirror when applied to a mirror.
  • the coating can be designed in such a way that the conductor tracks have a constant heating per length.
  • a local variation in the heating output can also be achieved by varying the respective cross section of the conductor track or by using different materials with different specific resistances.
  • Fig. 9 shows a schematic representation to explain an embodiment in which heating segments are implemented in different planes or in several layers in the form of heating layers 910, 920, 930 to smooth the heating or deformation profile.
  • the mirror substrate is designated as "905" and the reflection layer system as "940".
  • Fig. 10a-10b show a schematic representation of possible embodiments of a heating device according to the invention, in which - again with the aim of a partial overlap of generated heating zones and an associated smoothing of the heating or deformation profile - different heating segments are provided in a nested or interlocked arrangement.
  • the interlocked or interlocked heating segments for generating overlapping heating zones are located in one and the same plane and are designated "1011" or "1012” in Fig. 10a and "1021” or “1022” in Fig. 10b.
  • Fig. 1 in order to reduce the number of conductor tracks or channels and supply lines, current paths can also be controlled via diodes in order to switch individual heating resistors on or off in a targeted manner.
  • an electric current only flows through the resistor R2 when switches S1 and S4 are closed, for example.
  • Different channels can be selected by means of rapid switching (with typical switching times in the range of ms) in order to achieve locally selective heating.
  • six switches and supply lines are required for a total of nine heating wires.
  • the circuit in question is particularly advantageous when there are a large number of heating resistors, whereby a number of twenty switches and supply lines is sufficient for around one hundred heating resistors.
  • the heating resistors can be present at the intersection point of the respective conductor tracks.
  • heating wires can also be separated by a layer of comparatively low conductivity, whereby an electrical current flow takes place transversely to this layer.
  • an electrically conductive layer 1200 with external contacts can also be used for heating according to the invention.
  • the generation of magnetic fields provides an additional possibility of manipulating the current path and thus the respective location of the heat input due to the ohmic resistance of the layer.
  • the above-mentioned arrangement of heating wires on the back of the mirror is particularly advantageous in that parasitic deformation effects caused by (EUV) light incident during operation can be avoided.
  • the mirror substrate can also be made from different mirror substrate materials with the aim of maintaining temperatures in the range of the zero-crossing temperature on the side of the optical effective surface, preferably e.g. by using cooling channels, and of setting a targeted deformation on the back of the mirror via the heating wires.
  • heating resistors according to the invention can also be used in addition to temperature measurement, whereby the current temperature detected at the relevant location can be used as the basis for a corresponding temperature control.
  • Fig. 13a-13d show circuits of possible embodiments to explain this concept.
  • the temperature determination is based on the fact that the ohmic resistance can be determined from the electrical voltage dropping across the respective heating resistor and the electrical current flowing through the respective heating resistor, whereby, knowing the temperature dependence of this ohmic resistance, an average temperature of the respective heating resistor can be deduced.
  • the product of the electrical voltage dropping across the heating resistor and the electrical current flowing through the heating resistor corresponds to the Heating output, which can thus also be determined and used as the basis for control or regulation.
  • Fig. 13a shows a possible embodiment in which a heating resistor 1302 provided for heating an optical element or mirror 1301 is operated with an electrical voltage source 1303, and an ammeter 1304 measures the electrical current flowing through the heating resistor 1302. It should be noted that the accuracy of determining the ohmic resistance and thus the temperature is impaired here by the fact that only the voltage drop across the entire circuit (i.e. electrical lines, heating resistor and internal resistance of the ammeter) and not across the heating resistor alone is known.
  • Fig. 13b shows another possible embodiment in which a heating resistor 1312 for heating an optical element or mirror 1311 is operated with a current source 1313, whereby a voltage measurement is carried out via a voltmeter 1314. Since the voltage drop in the electrical lines cannot be separated from the voltage drop at the heating resistor 1312, the accuracy of the determination of the ohmic resistance and thus the temperature is also impaired here.
  • the electrical voltage can also be tapped via two additional voltage measuring lines 1324a, 1324b at two points in the area of the heating resistor 1322 and measured with a voltmeter 1324.
  • the corresponding voltage taps are preferably implemented at the beginning and end of the conductor track forming the heating resistor 1322 in question (i.e. at the transition from the supply line to the heating segment).
  • Fig. 13d shows another possible embodiment in which, in order to achieve a higher spatial resolution of the temperature determination, a plurality of Voltage taps within the conductor track forming the respective heating resistor 1332 are realized, whereby a plurality of temperature measuring ranges 1335a, 1335b, 1335c are realized.
  • the corresponding voltmeters for voltage measurement are designated "1334a”, “1334b” and "1334c”.
  • the temperature measurement described above with reference to Fig. 13a-13d can take place in parallel with the respective heating operation.
  • the heating can also be interrupted for the duration of the respective temperature measurement.
  • a defined electrical current is applied to the respective heating resistor in order to determine the associated voltage drop.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein optisches System sowie ein Verfahren zum Betreiben eines optischen Systems, insbesondere in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage. Ein erfindungsgemäßes optisches System weist wenigstens ein optisches Element und eine Heizeinrichtung zum Heizen dieses optischen Elements, wobei die Heizeinrichtung eine Mehrzahl von zur Wärmeerzeugung mit elektrischem Strom beaufschlagbaren Heizsegmenten auf, wobei durch die Heizsegmente ein kontinuierliches thermisch induziertes Deformationsprofil der optischen Wirkfläche mit einer Deformationsamplitude von wenigstens 1 λ derart einstellbar ist, dass das Integral der Fourierzerlegung über wenigstens einen dekadischen Ortswellenlängenbereich kleiner als 10 mλ ist.

Description

Optisches System, sowie
Verfahren zum Betreiben eines optischen Systems
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der Deutschen Patentanmeldung DE 10 2022 21 1 636.4, angemeldet am 4. November 2022. Der Inhalt dieser DE-Anmeldung wird durch Bezugnahme („incorporation by reference“) mit in den vorliegenden Anmeldungstext aufgenommen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein optisches System sowie ein Verfahren zum Betreiben eines optischen Systems, insbesondere in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.
Stand der Technik
Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise oder LCD’s, angewendet. Der Mikrolitho- graphieprozess wird in einer sogenannten Projektionsbelichtungsanlage durchgeführt, welche eine Beleuchtungseinrichtung und ein Projektionsobjektiv aufweist. Das Bild einer mittels der Beleuchtungseinrichtung beleuchteten Maske (= Retikel) wird hierbei mittels des Projektionsobjektivs auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes und in der Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnetes Substrat (z.B. ein Siliziumwafer) projiziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen.
In für den EUV-Bereich ausgelegten Projektionsobjektiven, d.h. bei Wellenlängen von z.B. etwa 13 nm oder etwa 7 nm, werden mangels Verfügbarkeit geeigneter lichtdurchlässiger refraktiver Materialien Spiegel als optische Komponenten für den Abbildungsprozess verwendet.
Ein in der Praxis auftretendes Problem ist, dass die EUV-Spiegel u.a. infolge Absorption der von der EUV-Lichtquelle emittierten Strahlung eine Erwärmung und eine damit einhergehende thermische Ausdehnung bzw. Oberflächendeformation erfahren, welche wiederum eine Beeinträchtigung der Abbildungseigenschaften des optischen Systems zur Folge haben kann. Zur Vermeidung solcher Oberflächendeformationen und damit einhergehenden optischen Aberrationen sind diverse Ansätze bekannt.
Unter anderem ist es bekannt, als Spiegelsubstratmaterial ein Material mit ultraniedriger thermischer Expansion („Ultra-Low-Expansion-Material“), z.B. ein unter der Bezeichnung ULE™ von der Firma Corning Inc. vertriebenes Titanium- Silicatglas, zu verwenden und in einem der optischen Wirkfläche nahen Bereich die sogenannte Nulldurchgangstemperatur (= „Zero-Crossing-Temperatur“) einzustellen. Bei dieser Zero-Crossing-Temperatur, welche z.B. für ULE™ bei etwa T3'= 30°C liegt, weist der thermische Ausdehnungskoeffizient in seiner Temperaturabhängigkeit einen Nulldurchgang auf, in dessen Umgebung keine oder nur eine vernachlässigbare thermische Ausdehnung des Spiegelsubstratmaterials erfolgt. Ein weiterer Ansatz zur Vermeidung von durch Wärmeeinträge in einen EUV-Spiegel verursachten Oberflächendeformationen beinhaltet ein aktives direktes Kühlen über im Spiegelsubstrat ausgebildete und von einem Kühlfluid durchströmbare Kühlkanale.
Ein weiterer bekannter Ansatz beinhaltet ein unmittelbares Heizen unter Einsatz einer Heizeinrichtung, z.B. auf Basis von Infrarotstrahlung oder mit resistiven, mit elektrischem Strom beaufschlagbaren Heizelementen. Über eine solche Heizeinrichtung kann in Phasen vergleichsweise geringer Absorption von EUV- Nutzstrahlung eine aktive Spiegelerwärmung erfolgen, welche mit steigender Absorption der EUV-Nutzstrahlung entsprechend zurückgefahren wird.
In der Praxis tritt das weitere Problem auf, dass ein EUV-Spiegel im Betrieb der mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage wechselnden Intensitäten der auftreffenden elektromagnetischen Strahlung auch in örtlicher Hinsicht ausgesetzt ist, z.B. aufgrund der Verwendung von Beleuchtungssettings mit über die optische Wirkfläche des jeweiligen EUV-Spiegels variierender Intensität.
Die Berücksichtigung solcher Szenarien stellt in der Praxis insofern eine anspruchsvolle Herausforderung dar, als etwa mit einer strahlungsbasierten Heizung eine Thermalisierung nur mit relativ stark limitierter Ortsauflösung möglich ist und zudem zur unerwünschten Einkopplung von Streulicht in das jeweilige optische System führen kann. Dagegen ermöglicht der Einsatz einer Widerstandsheizung zwar höhere Ortsauflösungen, wobei jedoch das letztlich über die Thermalisierung bei Beheizung separater Sektoren eingestellte Deformationsprofil unerwünschte Stufen aufweist, welche die letztendlich eingestellte Kompensations- bzw. Korrekturwirkung und damit die optischen Eigenschaften des jeweiligen optischen Systems beeinträchtigen.
Zum Stand der Technik wird lediglich beispielhaft auf WO 2018/177649 A1 und DE 10 2017 207 862 A1 verwiesen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optisches System sowie ein Verfahren zum Betreiben eines optischen Systems, insbesondere in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, bereitzustellen, welche eine wirksame Vermeidung von durch Wärmeeinträge in dem optischen Element verursachten Oberflächendeformationen und damit einhergehenden optischen Aberrationen ermöglichen. Diese Aufgabe wird durch das optische System sowie das Verfahren gemäß den Merkmalen der nebengeordneten Patentansprüche gelöst.
Ein erfindungsgemäßes optisches System, insbesondere in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, welches eine vorgegebene Arbeitswellenlänge Ä aufweist, weist auf
- wenigstens ein optisches Element, welches eine optische Wirkfläche aufweist; und
- eine Heizeinrichtung zum Heizen dieses optischen Elements, wobei die Heizeinrichtung eine Mehrzahl von zur Wärmeerzeugung mit elektrischem Strom beaufschlagbaren Heizsegmenten aufweist;
- wobei durch die Heizsegmente ein kontinuierliches thermisch induziertes Deformationsprofil der optischen Wirkfläche mit einer Deformationsamplitude von wenigstens 1 Ä derart einstellbar ist, dass das Integral der Fourierzerlegung über wenigstens einen dekadischen Ortswellenlängenbereich kleiner als 10 mÄ ist.
Die erfindungsgemäße Erzeugung eines Heizprofils kann insbesondere zur Vermeidung einer letztlich im Betrieb des optischen Systems auftretenden Deformation der optischen Wirkfläche des optischen Elements erfolgen. Die Erzeugung des Heizprofils kann jedoch in einer weiteren Anwendung auch mit dem Ziel einer aktiven Manipulation, d.h. einer gezielten Deformation der optischen Wirkfläche im Sinne einer Aktuierung (z.B. zur Korrektur von anderenorts im optischen System hervorgerufenen Aberrationen) erfolgen.
Der Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, ausgehend von der Verwendung einer elektrischen Heizeinrichtung vergleichsweise glattere Verläufe im letztlich eingestellten Heizprofil zu realisieren, indem unerwünschte scharfe Übergänge bzw. Kanten zwischen unterschiedlichen Heizzonen vermieden werden. Dabei kann die Realisierung eines solchen vergleichsweise glatten Verlaufs wie im Weiteren noch anhand verschiedener Ausführungsformen beschrieben in unterschiedlicher Weise erfolgen.
Hierbei dient erfindungsgemäß das Integral der Fourierzerlegung des eingestellten Deformationsprofils als Maß für die Welligkeit dieses Deformationsprofils.
Beispielsweise im Ortswellenlängenbereich von 0.1 mm bis 1 mm kann dies ein Maß für das im System verursachte Streulicht sein, welches sich nachteilig auf die Performance des optischen Systems auswirkt. Erfindungsgemäß ist ein Deformationsprofil mit einem signifikanten Hub von wenigstens 1 Ä einstellbar, wobei das Integral der Fourierzerlegung des eingestellten Deformationsprofils in einem dekadischen Ortswellenlängenbereich (z.B. von 0.1 mm bis 1 mm) kleiner als 10 mÄ ist.
In Ausführungsformen der Erfindung ist die Heizeinrichtung so ausgestaltet, dass wenigstens zwei von unterschiedlichen Heizsegmenten erzeugte Heizzonen einen hinreichend großen Überlapp aufweisen. Die Erfindung beinhaltet hier das Konzept, dem einleitend beschriebenen Problem der Entstehung unerwünschter Stufenprofile dadurch vorzubeugen, dass über die erfindungsgemäße Heizeinrichtung einander teilweise signifikant überlappende Heizzonen erzeugt werden. Dabei kann die Realisierung eines solchen hinreichenden Überlapps wie im Weiteren anhand diverser Ausführungsbeispiele beschrieben wiederum in unterschiedlicher Weise erfolgen.
Die erfindungsgemäße Realisierung von Heizprofilen in einem optischen Element anhand von mit elektrischem Strom beaufschlagbaren Heizsegmenten ist dabei im Vergleich zu einer strahlungsbasierten Heizung (z.B. über IR-Strah- ler) in mehrfacher Hinsicht von Vorteil. Zum einen werden erfindungsgemäß die mit strahlungsbasierten Heizsystemen i.d.R. einhergehenden Streulichteffekte vermieden. Des Weiteren ist hinsichtlich der einstellbaren Heizprofile eine im Vergleich zu strahlungsbasierten Heizsystemen signifikant höhere Ortsauflösung erzielbar. Ferner macht die erfindungsgemäß im Unterschied zu einer strahlungsbasierten Heizung gegebene direkte Kopplung zwischen den jeweiligen Heizsegmenten einerseits und dem zu heizenden optischen Element andererseits eine Nachführregelung für den Fall einer Positionsänderung (z.B. Verkippung) des betreffenden optischen Elements entbehrlich.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die erfindungsgemäßen Heizsegmente zugleich auch als Temperatursensoren dienen können mit der Folge, dass ohne zusätzlichen konstruktiven Aufwand für die Temperaturmessung eine geschlossene Regelung des thermischen Zustands des betreffenden optischen Elements und damit eine gezielte Erfassung sowie Beeinflussung der Temperaturverteilung bzw. der daraus resultierenden thermisch induzierten Deformation des optischen Elements ermöglicht wird. Insbesondere kann so auch ein im Betrieb des optischen Systems erfolgender Wechsel des Beleuchtungssettings umgehend festgestellt und einer dynamischen Anpassung des erfindungsgemäß eingestellten Heizprofils zugrundegelegt werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist das kontinuierliche thermisch induzierte Deformationsprofil mit einer Deformationsamplitude von wenigstens 1 Ä derart einstellbar, dass das Integral der Fourierzerlegung über wenigstens einen dekadischen Ortswellenlängenbereich kleiner als 5 mÄ ist, insbesondere kleiner als 3 mA ist.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der wenigstens eine dekadische Ortswellenlängenbereich Ortswellenlängen kleiner als 100 pm.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der wenigstens eine dekadische Ortswellenlängenbereich Ortswellenlängen von 100 | m bis 1 mm.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der wenigstens eine dekadische Ortswellenlängenbereich Ortswellenlängen von 1 mm bis 10 mm.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Arbeitswellenlänge kleiner als 250 nm, insbesondere kleiner als 200 nm. Gemäß einer Ausführungsform ist die Arbeitswellenlänge kleiner als 30 nm, insbesondere weniger als 15 nm.
Gemäß einer Ausführungsform überlappen wenigstens zwei von unterschiedlichen Heizsegmenten erzeugte Heizzonen einander teilweise.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Heizsegmente in wenigstens zwei voneinander verschiedenen Ebenen mit unterschiedlichem Abstand von der optischen Wirkfläche angeordnet.
Gemäß einer Ausführungsform greifen die Heizsegmente abschnittsweise ineinander. Die Heizsegmente können insbesondere miteinander eine wenigstens bereichsweise verschachtelte Anordnung bilden.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Heizsegmente als elektrische Leiterbahnen ausgebildet, welche zur Erzielung einer lokal variierenden Heizleistung eine verzweigte Anordnung bilden und/oder in ihrer Breite, ihrem relativen Abstand voneinander oder ihrem Material variieren.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Heizsegmente als Schichten oder Schichtsegmente ausgestaltet.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Heizsegmente zur variablen Einstellung unterschiedlicher thermisch induzierter Deformationsprofile in dem optischen Element unabhängig voneinander selektiv ansteuerbar.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst diese selektive Ansteuerung der Heizsegmente eine Übertragung von Ansteuerungssignalen unterschiedlicher Frequenz an unterschiedliche Heizsegmente über eine gemeinsame Zuleitung.
Gemäß einer Ausführungsform weist das optische System eine Steuerungseinrichtung zur Variation eines über die Heizeinrichtung in dem optischen Element erzeugten thermisch induzierten Deformationsprofils in Abhängigkeit von einem im optischen System eingestellten Beleuchtungssetting auf.
Gemäß einer Ausführungsform ist das optische Element ein Spiegel.
Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zum Betreiben eines optischen Systems, insbesondere in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, wobei das optische System eine vorgegebene Arbeitswellenlänge Ä, wenigstens ein optisches Element mit einer optische Wirkfläche und eine Heizeinrichtung zum Heizen dieses optischen Elements mit einer Mehrzahl von zur Wärmeerzeugung mit elektrischem Strom beaufschlagbaren Heizsegmenten aufweist, wobei durch die Heizsegmente ein kontinuierliches thermisch induziertes Deformationsprofil der optischen Wirkfläche mit einer Deformationsamplitude von wenigstens 1 Ä derart eingestellt wird, dass das Integral der Fourierzerlegung über wenigstens einen dekadischen Ortswellenlängenbereich kleiner als 10 mÄ ist.
Gemäß einer Ausführungsform wird ein über die Heizsegmente eingestelltes thermisch induziertes Deformationsprofil in Abhängigkeit von einem in dem optischen System eingestellten Beleuchtungssetting variiert.
Gemäß einer Ausführungsform wird das kontinuierliche thermisch induzierte Deformationsprofil derart eingestellt, dass eine im Betrieb des optischen Systems mit Beaufschlagung des optischen Elements mit elektromagnetischer Strahlung einhergehende Deformation des optischen Elements wenigstens teilweise kompensiert wird.
Gemäß einer Ausführungsform wird das kontinuierliche thermisch induzierte Deformationsprofil derart eingestellt, dass eine im Betrieb des optischen Systems auftretende optische Aberration wenigstens teilweise kompensiert wird.
Die Offenbarung betrifft weiter auch ein Verfahren zum Betreiben eines optischen Systems, wobei das optische System ein optisches Element und eine Heizeinrichtung zum Heizen dieses optischen Elements mit einer Mehrzahl von zur Wärmeerzeugung mit elektrischem Strom beaufschlagbaren Heizsegmenten aufweist, wobei ein über diese Heizsegmente eingestelltes Heizprofil in Abhängigkeit von einem in dem optischen System verwendeten Beleuchtungssetting gewählt wird. Die Offenbarung beinhaltet hierbei das Konzept, in einem optischen System thermisch induzierte Deformationen eines optischen Elements (z.B. eines Spiegels) dadurch zu vermeiden oder zumindest zu reduzieren, dass in dem optischen Element ein auf das im Betrieb des optischen Systems aktuell verwendete Beleuchtungssetting angepasstes Heizprofil eingestellt wird. Handelt es sich bei besagtem Beleuchtungssetting beispielsweise um ein Dipolsetting mit horizontal angeordneten Beleuchtungspolen, so kann über die erfindungsgemäße Heizeinrichtung ein zu diesem Beleuchtungssetting bzw. der dadurch in dem optischen Element generierten Temperaturverteilung komplementäres Heizprofil auf der optischen Wirkfläche auf dem optischen Element bzw. Spiegel erzeugt werden, um im Ergebnis eine örtlich möglichst homogene Temperaturverteilung in dem optischen Element zu erzielen und dementsprechend thermisch induzierte Deformationen wirksam zu vermeiden.
Zu weiteren bevorzugten Ausgestaltungen und Vorteilen des Verfahrens wird auf die o.g. Ausführungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Heizeinrichtung Bezug genommen.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung des möglichen Aufbaus einer für den Betrieb im EUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage;
Figur 2a-2b schematische Darstellungen zur Erläuterung einer möglichen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Heizeinrichtung mit verzweigten Leiterbahnen;
Figur 3-4 schematische Darstellungen zur Erläuterung einer möglichen erfindungsgemäßen Einsparung von Kabelzuleitungen;
Figur 5a-7 schematische Darstellungen zur Erläuterung möglicher Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Heizeinrichtung mit Einsatz einer Vermittlerschicht von vergleichsweise geringer elektrischer Leitfähigkeit;
Figur 8a-8b schematische Darstellungen zur Erläuterung möglicher Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Heizeinrichtung auf Basis induktiver Energieeinspeisung;
Figur 9-1 Ob schematische Darstellungen zur Erläuterung möglicher Realisierungen einer erfindungsgemäßen Heizeinrichtung mit einander überlappenden Heizzonen;
Figur 1 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer möglichen Minimierung der Anzahl von Kanälen bzw. Zuleitungen in einer erfindungsgemäßen Heizeinrichtung; Figur 12 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Heizeinrichtung;
Figur 13a-13d schematische Darstellungen zur Erläuterung einer bei einer erfindungsgemäßen Heizeinrichtung möglichen zusätzlichen Temperaturmessung;
Figur 14 ein Diagramm zur Illustration einer Fourierzerlegung in logarithmischer Auftragung der Ortswellenlängenachse für eine beispielhafte Oberflächenstruktur;
Figur 15a-18b Diagramme unterschiedlicher, von einzelnen Heizsegmenten erzeugter Temperaturprofile sowie deren Überlagerung; und
Figur 19 ein Diagramm zur Veranschaulichung des Einflusses lateraler Wärmeleitung auf den Überlapp der Temperaturprofile benachbarter Heizsegmente.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Fig. 1 zeigt schematisch im Meridionalschnitt den möglichen Aufbau einer für den Betrieb im EUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage. Die Erfindung ist nicht auf die Anwendung in einer für den Betrieb im EUV ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage beschränkt. Insbesondere kann die Erfindung auch in einer für den Betrieb im DUV (d.h. bei Wellenlängen kleiner als 250 nm, insbesondere kleiner als 200 nm) ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage oder auch in einem anderen optischen System vorteilhaft angewendet werden.
Gemäß Fig. 1 weist die Projektionsbelichtungsanlage 101 eine Beleuchtungs- einrichtung 102 und ein Projektionsobjektiv 1 10 auf. Eine Ausführung der Beleuchtungseinrichtung 102 der Projektionsbelichtungsanlage 101 hat neben einer Licht- bzw. Strahlungsquelle 103 eine Beleuchtungsoptik 104 zur Beleuchtung eines Objektfeldes 105 in einer Objektebene 106. Bei einer alternativen Ausführung kann die Lichtquelle 103 auch als ein zur sonstigen Beleuchtungseinrichtung separates Modul bereitgestellt sein. In diesem Fall umfasst die Beleuchtungseinrichtung die Lichtquelle 103 nicht.
Belichtet wird hierbei ein im Objektfeld 105 angeordnetes Retikel 107. Das Retikel 107 ist von einem Retikelhalter 108 gehalten. Der Retikelhalter 108 ist über einen Retikelverlagerungsantrieb 109 insbesondere in einer Scanrichtung verlagerbar. In Fig. 1 ist zur Erläuterung ein kartesisches xyz-Koordinatensystem eingezeichnet. Die x-Richtung verläuft senkrecht zur Zeichenebene hinein. Die y-Richtung verläuft horizontal und die z-Richtung verläuft vertikal. Die Scanrichtung verläuft in Fig. 1 längs der y-Richtung. Die z-Richtung verläuft senkrecht zur Objektebene 106.
Das Projektionsobjektiv 1 10 dient zur Abbildung des Objektfeldes 105 in ein Bildfeld 1 11 in einer Bildebene 1 12. Abgebildet wird eine Struktur auf dem Retikel 107 auf eine lichtempfindliche Schicht eines im Bereich des Bildfeldes 1 1 1 in der Bildebene 112 angeordneten Wafers 1 13. Der Wafer 113 wird von einem Waferhalter 1 14 gehalten. Der Waferhalter 114 ist über einen Waferverlagerungsantrieb 1 15 insbesondere längs der y-Richtung verlagerbar. Die Verlagerung einerseits des Retikels 107 über den Retikelverlagerungsantrieb 109 und andererseits des Wafers 1 13 über den Waferverlagerungsantrieb 1 15 kann synchronisiert zueinander erfolgen.
Bei der Strahlungsquelle 103 handelt es sich um eine EUV-Strahlungsquelle. Die Strahlungsquelle 103 emittiert insbesondere EUV-Strahlung, welche im Folgenden auch als Nutzstrahlung oder Beleuchtungsstrahlung bezeichnet wird. Die Nutzstrahlung hat insbesondere eine Wellenlänge im Bereich zwischen 5 nm und 30 nm. Bei der Strahlungsquelle 103 kann es sich zum Beispiel um eine Plasmaquelle, eine synchrotronbasierte Strahlungsquelle oder um einen Freie- Elektronen-Laser („Free-Electron-Laser“, FEL) handeln. Die Beleuchtungsstrahlung 1 16, die von der Strahlungsquelle 103 ausgeht, wird von einem Kollektor 1 17 gebündelt und propagiert durch einen Zwischenfokus in einer Zwischenfokusebene 1 18 in die Beleuchtungsoptik 104. Die Beleuchtungsoptik 104 weist einen Umlenkspiegel 119 und diesem im Strahlengang nachgeordnet einen ersten Facettenspiegel 120 (mit schematisch angedeuteten Facetten 121 ) und einen zweiten Facettenspiegel 122 (mit schematisch angedeuteten Facetten 123) auf.
Das Projektionsobjektiv 1 10 weist eine Mehrzahl von Spiegeln Mi (i= 1 , 2, ...) auf, welche gemäß ihrer Anordnung im Strahlengang der Projektionsbelichtungsanlage 101 durchnummeriert sind. Bei dem in der Fig. 1 dargestellten Beispiel weist das Projektionsobjektiv 1 10 sechs Spiegel M1 bis M6 auf. Alternativen mit vier, acht, zehn, zwölf oder einer anderen Anzahl an Spiegeln Mi sind ebenso möglich. Der vorletzte Spiegel M5 und der letzte Spiegel M6 weisen jeweils eine Durchtrittsöffnung für die Beleuchtungsstrahlung 1 16 auf. Bei dem Projektionsobjektiv 110 handelt es sich um eine doppelt obskurierte Optik. Das Projektionsobjektiv 1 10 hat eine bildseitige numerische Apertur, die größer ist als 0.5 und die auch größer sein kann als 0.6 und die beispielsweise 0.7 oder 0.75 betragen kann.
Im Betrieb der mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage 101 wird die auf die optische Wirkfläche der Spiegel auftreffende elektromagnetische Strahlung zum Teil absorbiert und führt wie eingangs erläutert zu einer Erwärmung und einer damit einhergehenden thermischen Ausdehnung bzw. Deformation, welche wiederum eine Beeinträchtigung der Abbildungseigenschaften des optischen Systems zur Folge haben kann.
Das erfindungsgemäße Konzept zum Heizen eines Spiegels kann insbesondere vorteilhaft auf einen beliebigen Spiegel der mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage 101 von Fig. 1 angewendet werden. Dies kann zur Vermeidung bzw. Kompensation thermisch induzierter Deformationen des betreffenden Spiegels selbst (beispielsweise zur Kompensation einer örtlichen Verteilung der Nulldurchgangstemperatur) oder auch zur Bereitstellung eines zusätzlichen Freiheitsgrades hinsichtlich der Einstellung der Wellenfronteigenschaften des gesamten optischen Systems, d.h. ohne oder auch mit Erzielung einer Korrekturwirkung durch den betreffenden Spiegel, erfolgen.
Die Erfindung beinhaltet nun insbesondere das Konzept, ausgehend von der Verwendung einer elektrischen Heizeinrichtung zum Heizen eines Spiegels vergleichsweise glattere Verläufe im letztlich eingestellten Heizprofil zu realisieren, indem unerwünschte scharfe Übergänge bzw. Kanten zwischen unterschiedlichen Heizzonen vermieden werden. Hierzu werden im Weiteren Ausführungsformen beschrieben, bei denen die Realisierung eines solchen vergleichsweise glatten Verlaufs in unterschiedlicher Weise erfolgt.
Die Heizeinrichtung weist eine Mehrzahl von zur Wärmeerzeugung mit elektrischem Strom beaufschlagbaren Heizsegmenten auf. Gemäß einem quantitativen Kriterium für den erfindungsgemäß eingestellten, vergleichsweise glatten Verlauf im letztlich durch die Heizsegmente eingestellten Deformationsprofil der optischen Wirkfläche ist dieses Deformationsprofil als kontinuierliches thermisch induziertes Deformationsprofil mit einer Deformationsamplitude von wenigstens 1 Ä derart einstellbar, dass das Integral der Fourierzerlegung über wenigstens einen dekadischen Ortswellenlängenbereich kleiner als 10 mA ist.
Fig. 14 zeigt zur Illustration für eine beliebige Oberflächenstruktur eine Fourierzerlegung des Deformationsprofils in logarithmischer Auftragung der Ortswellenlängenachse, wobei der Ortswellenlängenbereich von 0.001 mm bis 10 mm dargestellt ist. Für eine Arbeitswellenlänge von Ä= 13.5 nm bedeutet das o.g. quantitative Kriterium, dass für das Integral der Fourierzerlegung beispielsweise über den Ortswellenlängenbereich von 0.01 mm bis 0.1 mm ein Wert kleiner als 10 mX, d.h. ein Wert kleiner als 0.01 * 13.5nm = 135 pm erzielt wird. Das Deformationsprofil weist somit eine vergleichsweise geringe Welligkeit in diesem Ortswellenlängenbereich auf. Für die Erzielung eines möglichst glatten Temperaturprofils sind sowohl die Form der von den einzelnen Heizsegmenten erzeugten Temperaturprofile als auch deren Überlapp relevant. Fig. 15a-15b, Fig. 16a-16b, Fig. 17a-17b und Fig. 18a-18b zeigen schematisch vier unterschiedliche Temperaturprofiltypen (in Fig. 15a-18a als „Temperaturprofil 1“ bis „Temperaturprofil 4“ bezeichnet) mit beispielhaft fünf Temperaturprofilen der einzelnen Heizsegmente, welche in Fig. 15b- 18b als „A“ entsprechend dem Temperaturprofil des Heizsegments A bis „E“ entsprechend dem Temperaturprofil des Heizsegments E bezeichnet sind. Die (normierte) Überlagerung der Heizprofile wurde berechnet zu 1 *TA+2*TB+3*TC+2*TD+1 *TE. Bei „Temperaturprofil 1“ ist eine ausgeprägte Welligkeit der Überlagerung der Temperaturen zu erkennen. Die Welligkeit ist bei „Temperaturprofil 2“ infolge des größeren Überlapps der Temperaturprofile der einzelnen Heizsegmente „A“-„E“ reduziert. Aufgrund des hinreichend großen Überlapps ist in „Temperaturprofil 3“ keine Welligkeit der Überlagerung mehr erkennbar. „Temperaturprofil 4“ entspricht einer Überlagerung TopHat-förmiger Temperaturprofile und weist eine starke Stufigkeit auf, die ebenso als Welligkeit interpretiert werden kann.
Das Überlappen der Temperaturprofile benachbarter Heizsegmente wird durch die vorhandene laterale Wärmeleitung in Richtung der jeweils benachbarten Heizsegmente begünstigt. Fig. 19 soll dies verdeutlichen. Wird im Zentrum eines Körpers eine Temperatur aufgeprägt, so fließt die thermische Energie in Bereiche geringerer Temperatur ab, wodurch diese Bereiche aufgeheizt werden und das Temperaturprofil insgesamt breiter wird. Zum Zeitpunkt ti herrscht am Körper eine Oberflächentemperatur Ti, zu einem späteren Zeitpunkt t2 eine Oberflächentemperatur T2, etc.
Fig. 2a zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer möglichen Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Heizeinrichtung, wobei in Fig. 2b zur Erläuterung der Funktionsweise ein entsprechendes Ersatzschaltbild dargestellt ist. Gemäß Fig. 2a umfasst die erfindungsgemäße Heizeinrichtung in einer ersten Ausführungsform elektrische Leiterbahnen in einer verzweigten Anordnung, wobei vorliegend - jedoch ohne, dass die Erfindung hierauf beschränkt wäre - eine spiralförmige Anordnung gebildet wird. Konkret teilt sich hier eine vom Spiralinneren aus verlaufende Leiterbahn radial nach außen entsprechend dem spiralförmigen Verlauf zunächst auf zwei Leiterbahnen und dann auf drei Leiterbahnen auf, was unter der Annahme eines konstanten Querschnitts der Leiterbahnen gemäß dem Ersatzschaltbild von Fig. 2b mit einer Reduzierung der durch die jeweiligen Leiterbahnen fließenden elektrischen Stromstärken auf zunächst die Hälfte und dann auf ein Drittel einhergeht. Ebenfalls unter der Annahme eines konstanten Querschnitts der Leiterbahnen ist die spezifische Wärmeleistung pro Leitungslänge proportional zum Quadrat der Stromstärke, so dass die resultierende Heizleistung vom radial Inneren bis zum radial Äußeren auf ein Drittel abnimmt.
Die vorstehend beschriebene Ausgestaltung hat nun nicht nur eine lokale Variation der in das jeweils zu heizende optische Element (z.B. einen EUV-Spiegel) eingebrachten Wärmeverteilung zur Folge, sondern hat etwa im Vergleich zu einer herkömmlichen Sektorheizung mit voneinander scharf abgegrenzten Heizzonen den Vorteil, dass unerwünschte Stufenprofile bei der Thermalisierung bzw. dem letztlich thermisch induzierten Deformationsprofil vermieden werden.
Wie im Weiteren noch beschrieben kann zur Glättung des Heiz- bzw. Deformationsprofils zusätzlich oder alternativ auch eine gegenseitige teilweise Überlappung von durch unterschiedliche Heizsegmente erzeugten Heizzonen realisiert werden, wozu entsprechende Heizsegmente in unterschiedlichen Ebenen oder in einer verschachtelten (in ein- und derselben Ebene ausgebildeten) Anordnung vorliegen können.
Fig. 3 und Fig. 4 zeigen in schematischer Darstellung vorteilhafte Ausgestaltungen der Ansteuerung unterschiedlicher Heizsegmente einer erfindungsgemäßen Heizeinrichtung, wobei jeweils eine Begrenzung des mit dieser Ansteuerung verbundenen Verkabelungsaufwands erreicht wird. Gemäß diesem Konzept werden die betreffenden Heizsegmente über unterschiedliche Frequenzen des Ansteuerungssignals selektiv angesteuert, was gemäß Fig. 3 unter Nutzung von den einzelnen Heizsegmenten (mit Heizwiderständen H-1 , H-2, ...) zugeordneten Bandsperren B-1 , B-2, ... erfolgt. Die Ansteuerungssignale unterschiedlicher Frequenz können infolgedessen über ein- und dieselbe Zuleitung geführt werden, da nur das Ansteuerungssignal mit der von der ersten Bandsperre B-1 gesperrten Frequenz über den ersten Heizwiderstand H-1 fließt, nur das Ansteuerungssignal mit der von der zweiten Bandsperre B-2 gesperrten Frequenz über den Heizwiderstand H-2 etc. fließt. Im Ergebnis werden insgesamt lediglich zwei Zuleitungen für die Heizeinrichtung benötigt mit der Folge, dass die Anzahl notwendiger Leitungen signifikant reduziert wird.
Die erfindungsgemäße Erzeugung eines gewünschten Heizprofils beim Heizen eines optischen Elements kann in weiteren Ausführungsformen gemäß Fig. 5a- 5b auch unter Einsatz einer elektrischen Vermittlerschicht mit vergleichsweise geringer elektrischer Leitfähigkeit erfolgen. Gemäß Fig. 5a ist eine solche Vermittlerschicht mit „510“ bezeichnet und wird über mit „511“, „512“, „513“, ... bezeichnete Elektroden zur resistiven Heizung mit lokal variabel einstellbarer Spannung beaufschlagt. Das hierbei letztlich eingestellte Heizprofil kann zusätzlich über die geeignete Strukturierung der Elektroden vorgegeben werden.
Fig. 5b zeigt schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel, wobei eine Vermittlerschicht 520 von vergleichsweise geringer elektrischer Leitfähigkeit in Kombination mit einer spiralförmigen Leiterbahn eingesetzt wird mit der Folge, dass - wie gemäß Fig. 5b im Schnitt und gemäß Fig. 6a in Draufsicht angedeutet - die Vermittlerschicht 520 jeweils einen teilweisen Kurzschluss zwischen den in radialer Richtung benachbarten Abschnitten 531 , 532, 533 der spiralförmigen Leiterbahn 530 ermöglicht. Dabei ist in Fig. 6a mit „540“ die Spannungsquelle zur Erzeugung der an die spiralförmigen Leiterbahn 530 anliegenden elektrischen Spannung bezeichnet. Gemäß dem in Fig. 6b dargestellten Ersatzschaltbild sowie dem ebenfalls in Fig. 6b gezeigten Diagramm für den Verlauf der Heizleistung vom Spiralinneren bis zum Spiraläußeren nimmt infolge des teilweisen Stromflusses über die Vermittlerschicht 520 (welche in Fig. 6a-6b über ohmsche Widerstände repräsentiert ist) die in das jeweilige optische Element lokal eingebrachte Heizleistung in radialer Richtung nach außen ab. Da das Heizprofil sowohl durch den Verlauf der Leiterbahn als auch durch die Vermittlerschicht beeinflusst wird, wird im Ergebnis die Anzahl der Designfreiheitsgrade bei der Einstellung eines gewünschten Heizprofils erhöht. Die Vermittlerschicht 520 kann zur Beeinflussung des Heizprofils ebenfalls strukturiert ausgeführt sein.
Fig. 7 zeigt in schematischer Darstellung eine weitere mögliche Ausführungsform. Zur Beheizung eines optischen Elements in Form eines Spiegels mit Spiegelsubstrat 705 und Reflexionsschichtsystem 740 dient hier eine Heizschicht 720 von vergleichsweise hohem spezifischen elektrischem Widerstand, wobei diese Heizschicht 720 zwischen einer auf ihrer dem Reflexionsschichtstapel 740 zugewandten Seite befindlichen ersten Elektrodenschicht 730 und einer auf ihrer dem Spiegelsubstrat 705 zugewandten Seite befindlichen zweiten Elektrodenschicht 710 angeordnet ist. Die Elektrodenschichten 710, 730 können in geeigneter Weise zur Erzeugung eines gewünschten Heizprofils strukturiert ausgestaltet sein. Im Unterschied zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen erfolgt gemäß Fig. 7 der elektrische Stromfluss zur Erzeugung des Heizprofils in z-Richtung bezogen auf das eingezeichnete Koordinatensystem. Der elektrische Widerstand der Heizschicht 720 ist vorzugsweise wenigstens um den Faktor 100, weiter vorzugsweise um wenigstens den Faktor 1 .000, weiter bevorzugt um wenigstens den Faktor 10.000 höher als der elektrische Widerstand der Zuleitungen bzw. der Elektrodenschichten 710, 730.
In weiteren Ausführungsformen kann ein lokal selektiver bzw. steuerbarer Wärmeeintrag auch dadurch realisiert werden, dass über magnetische Wechselfelder elektrische Wirbelströme in wenigstens einer elektrisch leitenden induktiven Schicht induziert werden. Fig. 8a-8b zeigen schematische Darstellungen entsprechender Ausführungsformen. In Fig. 8a-8b ist mit „812“ bzw. „822“ jeweils eine induktive Schicht, mit „81 1“ bzw. „821“ jeweils eine Isolierschicht und mit „810“ bzw. „820“ jeweils das Spiegelsubstrat bezeichnet. In den gezeigten Ausführungsformen (jedoch ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt wäre) wird ein Spulen-Array 813 bzw. 823 zur Bereitstellung einer Mehrzahl effektiver Wärmequellen und Erzeugung einer gewünschten Temperaturverteilung genutzt. Des Weiteren kann die Wirbelstromausbildung und damit der Wärmeeintrag auch durch geeignete Ausgestaltung elektrisch leitender Bereiche innerhalb der induktiven Schicht 812 bzw. 822 beeinflusst werden. Bei der in Fig. 8a-8b dargestellten Anwendung des Prinzips auf einen Spiegel können die Spulen bzw. das Spulen-Array auf der Spiegelrückseite (vgl. Fig. 8a) oder auch innerhalb des Schichtaufbaus des Spiegels bzw. nahe der optischen Wirkfläche des Spiegels (vgl. Fig. 8b, in welcher die optische Wirkfläche selbst nicht dargestellt ist) angeordnet sein.
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wird das Prinzip genutzt, wonach infolge von am jeweiligen Ort des Stromflusses auftretenden Wirbelstromverlusten Wärme in das elektrisch leitfähige Material der induktiven Schicht eingebracht wird, welche zur Deformation des optischen Elements bzw. dessen optischer Wirkfläche genutzt werden kann. Da die Eindringtiefe solcher Wirbelströme von der Frequenz des magnetischen Wechselfeldes abhängig ist, kann der Ort des jeweiligen Wärmeeintrags bzw. dessen Abstand zur optischen Wirkfläche über die geeignete Auswahl der Frequenz des magnetischen Wechselfeldes gesteuert werden. Hierbei können alternativ eine elektrisch leitende, induktive Schicht hinreichender Dicke oder auch eine Mehrzahl diskreter induktiver Schichten vorgesehen seien.
Bei der erfindungsgemäßen Realisierung eines ortsaufgelösten Wärmeeintrags bzw. der Erzeugung eines jeweils geeigneten, lokal variierenden Heizprofils kann hierbei weiter auch der Umstand ausgenutzt werden, dass auch die räumliche Ausbreitung der induzierten Wirbelströme parallel zur optischen Wirkfläche frequenzabhängig ist, da sich bei vergleichsweise hohen Frequenzen die Wirbelströme näher in Richtung der Spule konzentrieren und somit ein fokussierter Wärmeeintrag entsteht. Des Weiteren kann die Form der Wirbelstromausbildung über die Form der zur Erzeugung der magnetischen Wechselfelder verwendeten Spulen sowie auch durch Einsatz geeigneter ferromagnetischer Materialien (wie z.B. Eisen oder Ferrite), welche aufgrund ihrer hohen Permeabilität eine Verstärkung der magnetischen Flussdichte bewirken, manipuliert werden. Ferner können auch gezielt elektrisch leitfähige Bereiche vorgesehen werden, in denen eine Wirbelstromausbildung möglich ist. Bei Einsatz ferroelektrischer Materialien kann auch deren Sättigungseigenschaft durch Aufprägen eines statischen Magnetfeldes zur Feldformung oder Wirbelstromausbildung (im Sinne einer ferromagnetischen induktiven Schicht) genutzt werden.
Des Weiteren kann für den erfindungsgemäßen Wärmeeintrag auch eine ferromagnetische Schicht (unter Ausnutzung der in ferromagnetischen Materialien auftretenden Ummagnetisierungsverluste) dienen. Des Weiteren kann alternativ zu einem Array von Spulen auch ein Scanbetrieb durch Einsatz einer oder mehrerer verfahrbarer Spulen realisiert werden. Dabei können auch die von mehreren Spulen erzeugten Magnetfelder dazu dienen, eine ferromagnetische Schicht überall bis auf einen feldfreien Punkt bzw. Bereich in Sättigung zu bringen, wobei dann dieser feldfreie Bereich bei Ummagnetisierung Wärme generiert, so dass durch Verschieben dieses feldfreien Bereichs eine scannende Wärmequelle realisiert werden kann.
Die zur Erzeugung des Magnetfeldes dienenden Spulen können in beliebiger Weise (z.B. durch einen Beschichtungsprozess oder auch durch Wickeln eines Drahtes) ausgebildet werden. Des Weiteren können sowohl die Position der Spulen als auch die Position der leitenden bzw. induktiven Schicht bauraumabhängig entweder auf maximal effiziente Beheizung oder minimale Beeinflussung weiterer Komponenten im optischen System optimiert werden.
In weiteren Ausführungsformen kann die erfindungsgemäße Beheizung eines optischen Elements bzw. Spiegels über Heizdrähte bzw. Leiterbahnen erfolgen, welche durch Beschichtungs- und Strukturierungsprozesse realisierbar sind und bei Anwendung auf einen Spiegel auf der Spiegelrückseite angeordnet sein können. Dabei kann die Beschichtung so ausgestaltet sein, dass die Leiterbahnen eine konstante Aufheizung pro Länge aufweisen. Des Weiteren kann durch Variation des jeweiligen Querschnitts der Leiterbahn oder durch den Einsatz unterschiedlicher Materialien mit unterschiedlichen spezifischen Widerständen auch eine lokale Variation der Heizleistung erzielt werden. Fig. 9 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer Ausführungsform, in welcher zur Glättung des Heiz- bzw. Deformationsprofils Heizsegmente in unterschiedlichen Ebenen bzw. in mehreren Lagen in Form von Heizschichten 910, 920, 930 realisiert sind. Dabei ist mit „905“ das Spiegelsubstrat und mit „940“ das Reflexionsschichtsystem bezeichnet. Infolge des Überlapps der erzeugten Heizprofile in unterschiedlichen Ebenen kann eine effiziente Reduzierung der Welligkeit infolge Überlagerung der Heizprofile und somit ein insgesamt glatterer Verlauf des resultierenden Temperaturprofils erreicht werden.
Fig. 10a-10b zeigen in schematischer Darstellung mögliche Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Heizeinrichtung, in denen - wiederum mit dem Ziel einer teilweisen Überlappung erzeugter Heizzonen und einer damit einhergehenden Glättung des Heiz- bzw. Deformationsprofils - unterschiedliche Heizsegmente in einer verschachtelten bzw. verzahnten Anordnung vorgesehen sind. Die miteinander verzahnten bzw. verschachtelten Heizsegmente zur Erzeugung einander überlappender Heizzonen befinden sich hierbei in ein- und derselben Ebene und sind in Fig. 10a mit „101 1 “ bzw. „1012“ und in Fig. 10b mit „1021“ bzw. „1022“ bezeichnet.
Gemäß Fig. 1 1 können zur Reduzierung der Anzahl an Leiterbahnen bzw. Kanälen sowie Zuleitungen auch Strompfade über Dioden gesteuert werden, um einzelne Heizwiderstände gezielt ein- oder auszuschalten. Gemäß Fig. 1 1 fließt lediglich beispielhaft nur bei geschlossenen Schaltern S1 und S4 ein elektrischer Strom über den Widerstand R2. Über ein schnelles Schalten (mit typischen Schaltzeiten im Bereich von ms) können so unterschiedliche Kanäle angewählt werden, um eine örtlich selektive Heizung zu erzielen. Im vorliegenden Beispiel werden für insgesamt neun Heizdrähte sechs Schalter und Zuleitungen benötigt. Die betreffende Schaltung ist insbesondere bei einer großen Vielzahl von Heizwiderständen vorteilhaft, wobei etwa bei einhundert Heizwiderständen eine Anzahl von zwanzig Schaltern und Zuleitungen ausreichend ist. Die Heizwiderstände können am Kreuzungspunkt der jeweiligen Leiterbahnen vorhanden sein. In einer weiteren Ausführungsform können auch Heizdrähte durch eine Schicht von vergleichsweise geringer Leitfähigkeit beabstandet sein, wobei ein elektrischer Stromfluss quer zu dieser Schicht stattfindet.
Gemäß Fig. 12 kann auch eine elektrisch leitfähige Schicht 1200 mit außenliegenden Kontakten zur erfindungsgemäßen Beheizung eingesetzt werden. Über die Erzeugung von Magnetfeldern ist eine zusätzliche Manipulationsmöglichkeit des Strompfades und damit des jeweiligen Ortes des Wärmeeintrags infolge des ohmschen Widerstandes der Schicht gegeben.
Die vorstehend genannte Anordnung von Heizdrähten auf der Spiegelrückseite ist insofern besonders vorteilhaft, als parasitäre Deformationseffekte über im Betrieb auftreffendes (EUV-) Licht vermieden werden können. Des Weiteren kann auch das Spiegelsubstrat aus unterschiedlichen Spiegelsubstratmaterialien hergestellt sein mit dem Ziel, auf Seiten der optischen Wirkfläche vorzugsweise z.B. unter Ausnutzung von Kühlkanälen Temperaturen im Bereich der Nulldurchgangstemperatur aufrechtzuerhalten und auf der Spiegelrückseite über die Heizdrähte eine gezielte Deformation einzustellen.
In weiteren Ausführungsformen können erfindungsgemäße Heizwiderstände auch zusätzlich zur Temperaturmessung genutzt werden, wobei die am betreffenden Ort erfasste aktuelle Temperatur einer entsprechenden Temperaturregelung zugrundegelegt werden kann.
Fig. 13a-13d zeigen Schaltkreise möglicher Ausführungsformen zur Erläuterung dieses Konzepts. Die Temperaturbestimmung basiert hierbei darauf, dass sich aus der am jeweiligen Heizwiderstand abfallenden elektrischen Spannung sowie des durch den jeweiligen Heizwiderstand fließenden elektrischen Stroms der ohmsche Widerstand bestimmen lässt, wobei in Kenntnis der Temperaturabhängigkeit dieses ohmschen Widerstandes wiederum auf eine mittlere Temperatur des betreffenden Heizwiderstandes geschlossen werden kann. Des Weiteren entspricht das Produkt aus der am Heizwiderstand abfallenden elektrischen Spannung und den durch den Heizwiderstand fließenden elektrischen Strom der Heizleistung, welche somit ebenfalls ermittelt und einer Steuerung bzw. Regelung zugrundegelegt werden kann.
Fig. 13a zeigt eine mögliche Ausführung, bei welcher ein zum Heizen eines optischen Elements bzw. Spiegels 1301 vorhandener Heizwiderstand 1302 mit einer elektrischen Spannungsquelle 1303 betrieben wird, und wobei ein Amperemeter 1304 den durch den Heizwiderstand 1302 fließenden elektrischen Strom misst. Es ist darauf hinzuweisen, dass hier die Genauigkeit der Bestimmung des ohmschen Widerstandes und damit der Temperatur dadurch beeinträchtigt wird, dass nur der Spannungsabfall über die Gesamtschaltung (d.h. elektrische Leitungen, Heizwiderstand sowie Innenwiderstand des Amperemeters) und nicht über den Heizwiderstand allein bekannt ist.
Fig. 13b zeigt eine weitere mögliche Ausführung, bei welcher ein Heizwiderstand 1312 zum Heizen eines optischen Elements bzw. Spiegels 131 1 mit einer Stromquelle 1313 betrieben wird, wobei hier eine Spannungsmessung über ein Voltmeter 1314 erfolgt. Da hier der Spannungsabfall in den elektrischen Leitungen nicht vom Spannungsabfall am Heizwiderstand 1312 separiert werden kann, wird auch hier die Genauigkeit der Bestimmung des ohmschen Widerstandes und damit der Temperatur beeinträchtigt.
Zur Vermeidung oder Verringerung der vorstehend genannten Genauigkeitseinbußen kann gemäß Fig. 13c (bei analog zu Fig. 13b erfolgendem Betrieb eines Heizwiderstandes 1322 über eine Stromquelle 1323) auch die elektrische Spannung über zwei zusätzliche Spannungsmessleitungen 1324a, 1324b an zwei Stellen im Bereich des Heizwiderstandes 1322 abgegriffen und mit einem Voltmeter 1324 gemessen werden. Zur Erzielung einer möglichst hohen Messgenauigkeit werden die entsprechenden Spannungsabgriffe vorzugsweise am Anfang und Ende der den betreffenden Heizwiderstand 1322 bildenden Leiterbahn (also am Übergang von Zuleitung zu Heizsegment) realisiert.
Fig. 13d zeigt eine weitere mögliche Ausführungsform, bei welcher zur Erzielung einer höheren Ortsauflösung der Temperaturbestimmung eine Mehrzahl von Spannungsabgriffen innerhalb der den jeweiligen Heizwiderstand 1332 bildenden Leiterbahn realisiert wird, wodurch eine Mehrzahl von Temperaturmessbereichen 1335a, 1335b, 1335c realisiert wird. Dabei sind die entsprechenden Voltmeter zur Spannungsmessung mit „1334a“, „1334b“ und „1334c“ bezeichnet.
Die vorstehend anhand von Fig. 13a-13d beschriebene Temperaturmessung kann parallel zum jeweiligen Heizbetrieb stattfinden. Alternativ kann die Beheizung auch für die Dauer der jeweiligen Temperaturmessung unterbrochen werden. Hierbei wird dann ein definierter elektrischer Strom auf den jeweiligen Heizwiderstand aufgeprägt, um den zugehörigen Spannungsabfall zu bestimmen.
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen können in vorteilhafter Weise auch mit einer direkten Kühlung des betreffenden optischen Elements bzw. Spiegels kombiniert werden.
Wenn die Erfindung auch anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben wurde, erschließen sich für den Fachmann zahlreiche Variationen und alternative Ausführungsformen, z.B. durch Kombination und/oder Austausch von Merkmalen einzelner Ausführungsformen. Dementsprechend versteht es sich für den Fachmann, dass derartige Variationen und alternative Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung mit umfasst sind, und die Reichweite der Erfindung nur im Sinne der beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalente beschränkt ist.

Claims

Patentansprüche Optisches System, insbesondere in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, welches eine vorgegebene Arbeitswellenlänge Ä aufweist, mit
• wenigstens einem optischen Element, welches eine optische Wirkfläche aufweist; und
• einer Heizeinrichtung zum Heizen dieses optischen Elements, wobei die Heizeinrichtung eine Mehrzahl von zur Wärmeerzeugung mit elektrischem Strom beaufschlagbaren Heizsegmenten aufweist;
• wobei durch die Heizsegmente ein kontinuierliches thermisch induziertes Deformationsprofil der optischen Wirkfläche mit einer Deformationsamplitude von wenigstens 1 Ä derart einstellbar ist, dass das Integral der Fourierzerlegung über wenigstens einen dekadischen Ortswellenlängenbereich kleiner als 10 mA ist. Optisches System nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das kontinuierliche thermisch induzierte Deformationsprofil mit einer Deformationsamplitude von wenigstens 1 Ä derart einstellbar ist, dass das Integral der Fourierzerlegung über wenigstens einen dekadischen Ortswellenlängenbereich kleiner als 5 mA ist, insbesondere kleiner als 3 mX ist. Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine dekadische Ortswellenlängenbereich Ortswellenlängen kleiner als 100 | m umfasst. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine dekadische Ortswellenlängenbereich Ortswellenlängen von 100 .m bis 1 mm umfasst. Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine dekadische Orts- Wellenlängenbereich Ortswellenlängen von 1 mm bis 10 mm umfasst.
6. Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitswellenlänge kleiner als 250 nm, insbesondere kleiner als 200 nm ist.
7. Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitswellenlänge kleiner als 30 nm, insbesondere weniger als 15 nm, ist.
8. Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei von unterschiedlichen Heizsegmenten erzeugte Heizzonen einander teilweise überlappen.
9. Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizsegmente in wenigstens zwei voneinander verschiedenen Ebenen mit unterschiedlichem Abstand von der optischen Wirkfläche angeordnet sind.
10. Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizsegmente abschnittsweise ineinandergreifen.
1 1. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizsegmente als elektrische Leiterbahnen ausgebildet sind, welche zur Erzielung einer lokal variierenden Heizleistung eine verzweigte Anordnung bilden und/oder in ihrer Breite, ihrem relativen Abstand voneinander oder ihrem Material variieren.
12. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizsegmente als Schichten oder Schichtsegmente ausgestaltet sind.
13. Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizsegmente zur variablen Einstellung unterschiedlicher thermisch induzierter Deformationsprofile in dem optischen Element unabhängig voneinander selektiv ansteuerbar sind.
14. Optisches System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass diese selektive Ansteuerung der Heizsegmente eine Übertragung von Ansteuerungssignalen unterschiedlicher Frequenz an unterschiedliche Heizsegmente über eine gemeinsame Zuleitung umfasst.
15. Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses eine Steuerungseinrichtung zur Variation eines über die Heizeinrichtung in dem optischen Element erzeugten thermisch induzierten Deformationsprofils in Abhängigkeit von einem im optischen System eingestellten Beleuchtungssetting aufweist.
16. Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element ein Spiegel ist.
17. Verfahren zum Betreiben eines optischen Systems, insbesondere in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, wobei das optische System eine vorgegebene Arbeitswellenlänge Ä, wenigstens ein optisches Element mit einer optische Wirkfläche und eine Heizeinrichtung zum Heizen dieses optischen Elements mit einer Mehrzahl von zur Wärmeerzeugung mit elektrischem Strom beaufschlagbaren Heizsegmenten aufweist, wobei durch die Heizsegmente ein kontinuierliches thermisch induziertes Deformationsprofil der optischen Wirkfläche mit einer Deformationsamplitude von wenigstens 1 Ä derart eingestellt wird, dass das Integral der Fourierzerlegung über wenigstens einen dekadischen Ortswellenlängenbereich kleiner als 10 mA ist.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein über die Heizsegmente eingestelltes thermisch induziertes Deformationsprofil in Abhängigkeit von einem in dem optischen System eingestellten Beleuchtungssetting variiert wird. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass das kontinuierliche thermisch induzierte Deformationsprofil derart eingestellt wird, dass eine im Betrieb des optischen Systems mit Beaufschlagung des optischen Elements mit elektromagnetischer Strahlung einhergehende Deformation des optischen Elements wenigstens teilweise kompensiert wird. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass das kontinuierliche thermisch induzierte Deformationsprofil derart eingestellt wird, dass eine im Betrieb des optischen Systems auftretende optische Aberration wenigstens teilweise kompensiert wird.
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