DE102010041298A1

DE102010041298A1 - EUV-Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage mit einer Heizlichtquelle

Info

Publication number: DE102010041298A1
Application number: DE102010041298A
Authority: DE
Inventors: Damian Fiolka
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2010-09-24
Filing date: 2010-09-24
Publication date: 2012-03-29
Also published as: KR101858280B1; US9588435B2; KR20130108333A; WO2012038239A1; US20130222780A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine EUV-Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage mit einer Nutzlichtquelle zur Erzeugung von Strahlung in einem ersten Spektralbereich von 5 nm–15 nm und einer Heizlichtquelle zur Erzeugung von Strahlung in einem zweiten Spektralbereich von 1–50 μm. Weiterhin umfass die Anlage ein optisches System mit einer ersten Gruppe von Spiegeln zur Führung von Strahlung aus dem ersten Spektralbereich entlang eines Lichtweges derart, dass jeder Spiegel der ersten Gruppe während des Betriebs der Nutzlichtquelle mit einer ersten zugeordneten Intensitätsverteilung im ersten Spektralbereich beaufschlagbar ist. Dabei ist die Heizlichtquelle derart angeordnet, dass mindestens ein Spiegel der ersten Gruppe während des Betriebs der Heizlichtquelle mit einer zweiten zugeordneten Intensitätsverteilung im zweiten Spektralbereich beaufschlagbar ist, wobei sich die erste Intensitätsverteilung von der zweiten Intensitätsverteilung im Wesentlichen um einen ortsunabhängigen Faktor unterscheidet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine EUV-Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage umfassend eine Nutzlichtquelle und eine Heizlichtquelle sowie ein Verfahren zum Betrieb einer derartigen Projektionsbelichtungsanlage.
Die Verwendung von Heizmitteln innerhalb von Projektionsbelichtungsanlagen sind aus den Veröffentlichungen US 2005140947 , US 2008049202 , US 2010060988 , US 6912077 , US 6504597 , US 6466382 , WO 2009046895 A1 , EP 1670041 , EP0823662 bekannt.
Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlagen dienen zur Herstellung von mikrostrukturierten Bauelementen mittels eines photolithographischen Verfahrens. Dabei wird eine strukturtragende Maske, das sogenannte Retikel, mit Hilfe einer Nutzlichtquelle und einer Beleuchtungsoptik beleuchtet und mit Hilfe einer Projektionsoptik auf ein Substrat mit einer photosensitive Schicht abgebildet. Dabei stellt die Nutzlichtquelle eine Strahlung zur Verfügung, die in die Beleuchtungsoptik geleitet wird. Die Beleuchtungsoptik dient dazu, am Ort der strukturtragenden Maske eine gleichmäßige Ausleuchtung mit einer vorbestimmten winkelabhängigen Intensitätsverteilung zur Verfügung zu stellen. Hierzu sind innerhalb der Beleuchtungsoptik verschiedene geeignete optische Elemente vorgesehen. Die so ausgeleuchtete strukturtragende Maske wird mit Hilfe der Projektionsoptik auf eine photosensitive Schicht abgebildet. Dabei wird die minimale Strukturbreite, die mit Hilfe einer solchen Projektionsoptik abgebildet werden kann, unter anderem durch die Wellenlänge der verwendeten Strahlung bestimmt. Je kleiner die Wellenlänge der Strahlung ist, desto kleinere Strukturen können mit Hilfe der Projektionsoptik abgebildet werden. Aus diesem Grund wird eine Nutzlichtquelle verwendet, die Strahlung in einem ersten Spektralbereich von 5 nm bis 15 nm erzeugt. Da es für diesen Spektralbereich kaum transparente Materialien gibt, werden Spiegel als optische Elemente eingesetzt.
Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlagen werden häufig als sogenannte Scanner betrieben. Das bedeutet, dass das Retikel durch ein schlitzförmiges Objektfeld entlang einer Scanrichtung während einer bestimmten Belichtungsdauer bewegt wird, während der Wafer in der Bildebene der Projektionsoptik entsprechend bewegt wird. Das Verhältnis der Geschwindigkeiten von Wafer zu Retikel entspricht der Vergrößerung der Projektionsoptik zwischen Retikel und Wafer, die üblicherweise kleiner 1 ist.
Während des Betriebs der Nutzlichtquelle werden alle Spiegel der EUV-Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage mit einer Intensitätsverteilung im ersten Spektralbereich von 5 nm bis 15 nm beaufschlagt. Dabei gehört zu jedem der Spiegel eine ihm zugeordnete erste Intensitätsverteilung die sich aufgrund seiner Position im Strahlengang und der konkreten Ausführung der Nutzlichtquelle ergibt. Aufgrund der Beaufschlagung der verschiedenen Spiegel mit der ihnen zugeordneten erste Intensitätsverteilung, kommt es während des Betriebs der Nutzlichtquelle zu einer Erwärmung der Spiegel. Um dies zu kompensieren, sind die Spiegel typischerweise mit einer entsprechenden Kühlung versehen. Da die jedem Spiegel zugeordnete erste Intensitätsverteilung im ersten Spektralbereich zeitlich konstant ist, ergibt sich im Zusammenspiel mit der entsprechenden Kühlung nach einem bestimmten Zeitpunkt T₁ ein Gleichgewichtszustand, bei dem an jedem Spiegel eine zeitlich konstante erste Temperaturverteilung anliegt. Der Temperaturanstieg auf die erste Temperaturverteilung führt dazu, dass sich die optischen Eigenschaften der Spiegel ändern. So führt zum Beispiel die Wärmeausdehnung der Spiegelsubstrate zu einer Änderung der Krümmungsradien der Spiegel. Bei der Berechnung der optischen Eigenschaften der Beleuchtungsoptik und der Projektionsoptik wird eine derartige Änderung bereits vorab berücksichtigt. Dies führt jedoch dazu, dass die optischen Eigenschaften der Spiegel nur dann optimal sind, wenn die Spiegel bereits Ihre erste Temperaturverteilung erreicht haben. Nach dem Einschalten der Nutzlichtquelle dauert es also bis zu einem Zeitpunkt T₁, bis das optische System aus Nutzlichtquelle, Beleuchtungsoptik und Projektionsoptik seinen Optimalzustand erreicht hat.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die EUV-Projektionsbelichtungsanlage derart weiterzubilden, dass diese Zeit verkürzt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine EUV-Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage gelöst, die neben einer Nutzlichtquelle zur Erzeugung von Strahlung in einem ersten Spektralbereich von 5 nm–15 nm eine Heizlichtquelle zur Erzeugung von Strahlung in einem zweiten Spektralbereich von 1–50 μm umfasst. Dabei enthält die Anlage ein optisches System mit einer ersten Gruppe von Spiegeln zur Führung von Strahlung aus dem ersten Spektralbereich entlang eines Lichtweges derart, dass jeder Spiegel der ersten Gruppe während des Betriebs der Nutzlichtquelle mit einer ersten zugeordneten Intensitätsverteilung im ersten Spektralbereich beaufschlagbar ist. Weiterhin ist die Heizlichtquelle derart angeordnet, dass mindestens ein Spiegel der ersten Gruppe während des Betriebs der Heizlichtquelle mit einer zweiten zugeordneten Intensitätsverteilung im zweiten Spektralbereich beaufschlagbar ist, wobei sich die erste Intensitätsverteilung von der zweiten Intensitätsverteilung im Wesentlichen um einen ortsunabhängigen Faktor unterscheidet. Hierdurch wird erreicht, dass der mindestens eine Spiegel durch die Strahlung im zweiten Spektralbereich vor dem Betrieb der Nutzlichtquelle vortemperiert wird, wobei die räumliche Verteilung des Wärmeeintrages durch die Heizlichtquelle im Wesentlichen identisch ist zur räumlichen Verteilung des Wärmeeintrages während des Betriebs der Nutzlichtquelle. Dabei wird eine besonders schnelle Vortemperierung erreicht, wenn die zweite Intensitätsverteilung um einen Faktor größer ist als die erste Intensitätsverteilung, der größer ist als 1, bevorzugt größer als 3, besonders bevorzugt größer als 5, insbesondere größer als 10.
Im Sinne dieser Anmeldungen unterscheiden sich erste Intensitätsverteilungen I1 (x, y) von einer zweiten Intensitätsverteilung I2 (x, y) im Wesentlichen um einen ortsunabhängigen Faktor, wenn für alle Punkte (x, y) auf der zugehörigen Spiegeloberfläche, die in einem Bereich A liegen, der während des Betriebs der Nutzlichtquelle mit Strahlung beaufschlagt wird, gilt:
und
Dies bedeutet, dass der Punkt (x, y) mit dem maximalen Verhältnis aus I1 und I2 ein Verhältnis von Intensitäten aufweist, dass nicht mehr als 10% von dem mittlere Verhältnis aller Punkte des Bereiches A nach oben abweicht. Und weiterhin der Punkt (x, y) mit dem minimalen Verhältnis aus I1 und I2 ein Verhältnis von Intensitäten aufweist, dass nicht mehr als 10% von dem mittlere Verhältnis aller Punkte des Bereiches A nach unten abweicht. Unter einem Lichtweg wird im Sinne dieser Anmeldung eine geordnete Gruppe von Spiegeln verstanden, wobei die Ordnung der Reihenfolge entspricht, in der die Spiegel während des Betriebs der Nutzlichtquelle von Strahlung passiert werden. Dabei gilt weiterhin, dass auf jeden Spiegel der geordneten Gruppe Strahlung von seinem Vorgänger in der Gruppe reflektiert wird. Ein erster Lichtweg ist in einem zweiten Lichtweg vollständig enthalten, wenn die zum ersten Lichtweg gehörige geordnete Gruppe eine Teilmenge der zum zweiten Lichtweg gehörigen geordneten Gruppe ist und beide geordneten Gruppen einen Lichtweg im Sinne der obigen Definition bilden. Dabei ist die zweite Gruppe auch dann eine Teilmenge der ersten Gruppe, wenn beiden Gruppen übereinstimmen. Im Zusammenhang mit den 1a, b, c sind diese Definitionen an einigen Beispielen erläutert.
In einer Weiterbildung umfasst die EUV-Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage ein Einkoppelelement, das Strahlung der Heizlichtquelle aufnimmt und auf den mindestens einen Spiegel der ersten Gruppe lenkt. Dies ermöglicht größere Freiheiten bei der Auswahl und der Positionierung der Heizlichtquelle, da zum Beispiel auch Heizlichtquellen mit einer geringen Divergenz zum Einsatz kommen können, indem das Einkoppelelement zum Aufweiten der Strahlung im zweiten Spektralbereich verwendet wird.
In einer Weiterbildung der Erfindung unterscheidet sich die mittlere Reflektivität des mindestens einen Spiegels für Strahlung im zweiten Spektralbereich während des Betriebs der Nutzlichtquelle von der mittleren Reflektivität des mindestens einen Spiegels für Strahlung im ersten Spektralbereich während des Betriebs der Heizlichtquelle um nicht mehr als 5%-Punkte. Hierdurch wird erreicht, dass die Strahlung der Heizlichtquelle im zweiten Spektralbereich durch den mindestens einen Spiegel genauso transformiert wird, wie die Strahlung der Nutzlichtquelle im ersten Spektralbereich. Es ergibt sich somit, dass der nachfolgende Spiegel während des Betriebs der Heizlichtquelle mit einer zweiten zugeordneten Intensitätsverteilung im zweiten Spektralbereich beaufschlagt wird, die sich von der ersten Intensitätsverteilung, mit der der nachfolgende Spiegel während des Betriebs der Nutzlichtquelle beaufschlagt wird, im Wesentlichen um einen ortsunabhängigen Faktor unterscheidet.
Alternativ oder ergänzend weist die Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage eine zweite Gruppe umfassend mindestens zwei Spiegel auf, die den mindestens einen Spiegel enthält, wobei die zweite Gruppe eine Teilmenge der ersten Gruppe ist, und wobei die Heizlichtquelle und das Einkoppelelement derart angeordnet sind, dass die Strahlung der Heizlichtquelle entlang eines zweiten Lichtweges über alle Spiegel der zweiten Gruppe geführt wird, wobei der zweite Lichtweg vollständig im ersten Lichtweg enthalten ist. Auf diese Weise werden alle Spiegel der zweiten Gruppe durch die gleiche Heizlichtquelle vortemperiert, wobei die zum Vortemperieren verwendete Strahlung im zweiten Spektralbereich dem Lichtweg der Strahlung im ersten Spektralbereich zwischen den Spiegeln der zweiten Gruppe folgt.
Bei einer Weiterbildung unterscheidet sich die mittlere Reflektivität jedes Spiegels der zweiten Gruppe für Strahlung im zweiten Spektralbereich während des Betriebs der Nutzlichtquelle von der mittleren Reflektivität des gleichen Spiegels der zweiten Gruppe für Strahlung im ersten Spektralbereich während des Betriebs der Heizlichtquelle um nicht mehr als 5%-Punkte. Daher wird die Strahlung aus dem zweiten Spektralbereich an allen Spiegeln der zweiten Gruppe genauso transformiert, wie die Strahlung der Nutzlichtquelle im ersten Spektralbereich. Dies führt dazu, dass während des Betriebs der Heizlichtquelle jeder Spiegel der zweiten Gruppe mit einer zweiten zugeordneten Intensitätsverteilung im zweiten Spektralbereich beaufschlagt wird, wobei sich für jeden Spiegel der zweiten Gruppe die erste zugeordnete Intensitätsverteilung von der zweiten zugeordneten Intensitätsverteilung im Wesentlichen um einen für diesen Spiegel spezifischen Faktor unterscheidet.
In einer Ausführung unterscheiden sich die spezifischen Faktoren aller Spiegel der zweiten Gruppe um nicht mehr als 10%, so dass alle Spiegel der zweiten Gruppe im Wesentlichen gleichzeitig ihren Optimalzustand erreichen.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage umfasst die Nutzlichtquelle einen Laser zur Erzeugung eines Plasmas, der gleichzeitig die Heizlichtquelle ist. Auf diese Weise muss keine zusätzliche Heizlichtquelle hinzugefügt werden, sondern es kann eine bereits vorhandene Komponente als Heizlichtquelle zum Einsatz kommen.
Bei dieser Ausführungsform umfasst die Nutzlichtquelle Materialtröpfchen, die während des Betriebs der Nutzlichtquelle durch die Strahlung des Lasers in einen Plasmazustand angeregt werden, wobei die Materialtröpfchen während des Betriebs des Lasers als Heizlichtquelle als Einkoppelelement dienen, indem sie die Strahlung des Lasers reflektieren.
Bei manchen Ausführungsformen ist dagegen das Einkoppelelement als ein diffraktives optisches Element zur Erzeugung der zweiten Intensitätsverteilung auf dem mindestens einen Spiegel ausgeführt. Mit Hilfe eines diffraktiven optischen Elementes lassen sich besonders gut Intensitätsverteilungen in einer im Lichtweg nachgeordneten Ebene erreichen, indem die Strukturen des diffraktiven optischen Elements so gewählt werden, dass durch Beugung eine geeignete Winkelverteilung der Strahlung entsteht.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betrieb einer oben beschriebenen Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage umfassend die folgenden Schritte:

– Vortemperieren des mindestens einen Spiegels über einen Zeitraum T₁ durch Einstrahlen von Strahlung aus dem zweiten Spektralbereich, so dass eine zweite Temperaturverteilung an dem mindestens einen Spiegel anliegt
– Belichten eines photosensitiven Substrates mit Strahlung aus dem ersten Spektralbereich unter Zuhilfenahme des optischen Systems

In einer Ausgestaltung wird während des Vortemperierens ein Infrarotabsorber, insbesondere umfassend hitzebeständiges Glas oder Ceran oder eine andere Keramik, vor dem mindestens einen Spiegel angebracht, um die Absorption der Strahlung aus dem zweiten Spektralbereich zu vergrößern. Dies ermöglicht den Einsatz von vielfältigen Heizlichtquellen mit unterschiedlichen Wellenlängen im zweiten Spektralbereich. Da bei einigen Wellenlängen die Reflektivität der Spiegel sehr hoch ist, kommt es nur zu einer langsamen Erwärmung der Spiegel. Aus diesem Grund wird ein Infrarotabsorber eingesetzt umfassend ein Material, das eine hohe Absorption für Strahlung dieser Wellenlänge hat, sodass sich eine schnelle Erwärmung ergibt und die Wärme an den benachbart angeordneten Spiegel abgeben wird. Die Materialien hitzebeständiges Glas oder Ceran oder eine andere Keramik haben den zusätzlichen Vorteil, dass sie eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisen, sodass die Temperaturverteilung auf dem Infrarotabsorber der Intensitätsverteilung der auftreffenden Strahlung im zweiten Spektralbereich entspricht.
Bei einer speziellen Weiterentwicklung unterscheidet sich die erste Temperaturverteilung von einer zweiten Temperaturverteilung, die an dem mindestens eine Spiegel während des Belichtungsschrittes aufgrund von Absorption der Strahlung aus dem ersten Spektralbereich anliegt, um nicht mehr als 1 Kelvin an einem Ort des mindestens einen Spiegels. Durch das Vortemperieren hat der mindestens eine Spiegel somit eine Temperaturverteilung erreicht, die sich nicht Wesentlich von der Temperaturverteilung abweicht, die sich während des Betriebes der Nutzlichtquelle als Gleichgewichtszustand ergibt. Der Spiegel weicht somit zu Beginn des Belichtungsschrittes besonders wenig von seinem Optimalzustand ab.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betrieb einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage bei der die Nutzlichtquelle einen Laser zur Erzeugung eines Plasmas umfasst, der gleichzeitig die Heizlichtquelle ist. Dabei umfasst das Verfahren die folgenden Schritte:

– Einbringen eines Einkoppelelementes
– Betrieb des Lasers als Heizlichtquelle
– Entfernen des Einkoppelelementes
– Betrieb des Lasers als Komponente der Nutzlichtquelle

Näher erläutert wird die Erfindung anhand der Zeichnungen.
1a zeigt eine erfindungsgemäße Projektionsbelichtungsanlage während des Betriebs der Nutzlichtquelle.
1b zeigt eine Aufsicht auf das erste optische Element der Beleuchtungsoptik.
1c zeigt eine Aufsicht auf das zweite optische Element der Beleuchtungsoptik.
2 zeigt eine erfindungsgemäße Projektionsbelichtungsanlage während des Betriebs der Heizlichtquelle.
3a zeigt eine erste und eine zweite zugeordnete Intensitätsverteilung.
3b zeigt das Verhältnis der in 3a dargestellten Intensitätsverteilungen.
4 zeigt die die Reflektivität eines Mo/Si-Schichstapels mit einer Ruthenium-Deckschicht als Funktion der eingestrahlten Wellenlänge.
5 zeigt schematisch die Temperaturentwicklung an einem Ort eines Spiegels hin zu einer Gleichgewichtstemperatur.
6 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen EUV-Mikrolithografie-Projektionsbelichtungsanlage während des Betriebs der Nutzlichtquelle.
7 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen EUV-Mikrolithografie-Projektionsbelichtungsanlage während des Betriebs der Heizlichtquelle.
8a zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen EUV-Mikrolithografie-Projektionsbelichtungsanlage, die eine Nutzlichtquelle mit einem Laser umfasst, der gleichzeitig als Heizlichtquelle dient.
8b zeigt eine Aufsicht und einen Schnitt eines Infrarot-Absorbers.
Die Bezugszeichen sind so gewählt, dass Objekte, die in 1 dargestellt sind, mit einstelligen oder zweistelligen Zahlen versehen wurden. Die in den weiteren Figuren dargestellten Objekte haben Bezugszeichen, die Drei- oder Mehrstellig sind, wobei die letzten beiden Ziffern das Objekt angeben und die vorangestellte Ziffer die Nummer der Figur, auf der das Objekt dargestellt ist. Damit stimmen die Bezugsziffern von gleichen Objekten, die in mehreren Figuren dargestellt sind, in den letzten beiden Ziffern überein. Gegebenenfalls findet sich die Beschreibung dieser Objekte im Text zu einer vorhergehenden Figur.
1a zeigt eine Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen EUV-Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage 1 mit einer Beleuchtungsoptik 3 und einer Projektionsoptik 5. Die Beleuchtungsoptik 3 umfasst dabei ein erstes optisches Element 7 mit einer Mehrzahl von ersten reflektiven Facettenelementen 9 und ein zweites optisches Element 11 mit einer Mehrzahl von zweiten reflektiven Facettenelementen 13. Die Beleuchtungsoptik 3 umfasst ferner einen ersten Teleskopspiegel 15 und einen zweiten Teleskopspiegel 17 die so angeordnet sind, dass sie beide unter senkrechtem Einfall betrieben werden, das heißt, die Strahlung trifft unter einem Einfallswinkel zwischen 0° und 45° auf beide Spiegel. Unter dem Einfallswinkel wird dabei der Winkel zwischen einfallender Strahlung und der Normalen zur reflektiven optischen Fläche verstanden. Nachfolgend im Strahlengang ist ein Umlenkspiegel 19 angeordnet, der die auf ihn treffende Strahlung auf das Objektfeld 21 in der Objektebene 23 lenkt. Am Ort des Objektfeldes ist dabei das reflektive Retikel 22 angeordnet. Der Umlenkspiegel 19 wird unter streifendem Einfall betrieben, das heißt, die Strahlung trifft unter einem Einfallswinkel zwischen 45° und 90° auf den Spiegel. Am Ort des Objektfeldes 21 ist eine reflektive strukturtragende Maske, das sogenannte Retikel angeordnet, die mithilfe der Projektionsoptik 5 in die Bildebene 25 abgebildet wird. In der Bildebene befindet sich ein lichtsensitives Substrat mit einer photosensitiven Schicht, die durch die Abbildung belichtet wird. Die Projektionsoptik 5 umfasst sechs Spiegel, 27, 29, 31, 33, 35 und 37. Alle sechs Spiegel der Projektionsoptik 5 weisen jeweils eine reflektive optische Fläche auf, die entlang einer um die optische Achse 39 rotationssymmetrischen Fläche verläuft.
1b zeigt eine Aufsicht auf das erste optische Element 7, das eine Mehrzahl von ersten reflektiven Facettenelementen 9 umfasst. Jedes der ersten reflektiven Facettenelemente 9 weist eine reflektive Fläche auf zur Reflektion der auftreffenden Strahlung,
1c zeigt eine entsprechende Aufsicht auf das zweite optische Element 11 mit einer Mehrzahl von zweiten reflektiven Facettenelementen 13.
Die Projektionsbelichtungsanlage nach 1a umfasst ferner eine Nutzlichtquelle 43, zur Erzeugung von Strahlung in einem ersten Spektralbereich von 5 nm bis 15 nm, die Strahlung auf das erste optische Element 7 lenkt. Die Nutzlichtquelle 43 umfasst dabei ein Quellplasma 45 und einen Kollektorspiegel 47. Die Nutzlichtquelle 43 kann in verschiedenen Ausführungsformen ausgebildet sein. Dargestellt ist eine Laserplasmaquelle (LPP). Bei diesem Quelltyp wird ein eng begrenztes Quellplasma 45 erzeugt, indem ein kleines Materialtröpfchen aus z. B. Zinn mit einem Tröpfchengenerator 49 hergestellt wird und an einen vorbestimmten Ort verbracht wird. Dort wird das Materialtröpfchen mit einem hochenergetischen Laser 51 bestrahlt, sodass das Material in einen Plasmazustand übergeht und Strahlung im Wellenlängenbereich 5 bis 15 nm emittiert. Der Laser 51 kann dabei so angeordnet sein, dass die Laserstrahlung durch eine Öffnung 53 in dem Kollektorspiegel fällt, bevor sie auf das Materialtröpfchen trifft. Als Laser 51 kommt zum Beispiel ein CO₂–Laser mit der Wellenlänge 10,6 μm, d. h. im Infrarotbereich, zum Einsatz. Alternativ kann die Nutzlichtquelle 43 auch als eine Entladungsquelle ausgebildet sein, bei der das Quellplasma 45 mithilfe einer Entladung erzeugt wird. Der Kollektorspiegel 49 und die ersten reflektiven Facettenelemente 9 haben eine derartige optische Wirkung, dass sich Bilder des Quellplasmas 45 an den Orten der zweiten reflektiven Facettenelementen Elemente 13 des zweiten optischen Elements 11 ergeben. Hierzu werden einerseits die Brennweiten des Kollektorspiegels 49 und der ersten Facettenelemente 9 entsprechend der räumlichen Abstände gewählt. Dies geschieht zum Beispiel in dem die reflektiven optischen Flächen der ersten reflektiven Facettenelemente 9 mit geeigneten Krümmungen versehen werden. Andererseits weisen die ersten reflektiven Facettenelemente 9 eine reflektive optische Fläche auf mit einem Normalenvektor, dessen Richtung die Orientierung der reflektiven optischen Fläche im Raum festlegt, wobei die Normalenvektoren der reflektiven Flächen der ersten Facettenelemente 9 derart orientiert sind, dass die von einem ersten Facettenelement 9 reflektierte Strahlung auf ein zugeordnetes zweites reflektives Facettenelement 13 trifft. Das zweite optische Element 11 ist in einer Pupillenebene der Beleuchtungsoptik 3 angeordnet, die mithilfe der Spiegel 15, 17 und 19 auf die Austrittspupillenebene abgebildet wird. Dabei entspricht die Austrittspupillenebene der Beleuchtungsoptik 3 gerade der Eintrittspupillenebene 59 der Projektionsoptik 5. Somit liegt das zweite optische Element 11 in einer Ebene, die optisch konjugiert zur Eintrittspupillenebene 59 der Projektionsoptik 5 ist. Aus diesem Grund steht die Intensitätsverteilung der Strahlung auf dem zweiten optischen Element 11 in einem einfachen Zusammenhang zur winkelabhängigen Intensitätsverteilung der Strahlung im Bereich des Objektfeldes 21. Dabei ist die Eintrittspupillenebene der Projektionsoptik 5 definiert als die Ebene senkrecht zur optischen Achse 39, in der der Hauptstrahl 61 zum Mittelpunkt des Objektfeldes 21 die optische Achse 39 schneidet.
Die Aufgabe der zweiten Facettenelemente 13 und des nachfolgenden optischen Systems, das die Spiegel 15, 17 und 19 umfasst, ist es die ersten Facettenelemente 9 überlagernd über das Objektfeld 21 abzubilden. Dabei versteht man unter überlagernder Abbildung, dass Bilder der ersten reflektiven Facettenelemente 9 in der Objektebene entstehen und dort zumindest teilweise überlappen. Hierzu weisen die zweiten reflektiven Facettenelemente 13 eine reflektive optische Fläche auf mit einem Normalenvektor, dessen Richtung die Orientierung der reflektiven optischen Fläche im Raum festlegt. Für jedes zweite Facettenelement 13 ist die Richtung des Normalenvektors so gewählt, dass das im zugeordneten ersten Facettenelement 9 auf das Objektfeld 21 in der Objektebene 23 abgebildet wird. Da die ersten Facettenelemente 9 auf das Objektfeld 21 abgebildet werden, entspricht die Form der ausgeleuchteten Objektfelder 21 der äußeren Form der ersten Facettenelemente 9. Die äußere Form der ersten Facettenelemente 9 wird daher üblicherweise derart bogenförmig gewählt, dass die langen Berandungslinien des ausgeleuchteten Objektfeldes 21 im Wesentlichen kreisbogenförmig um die optische Achse 39 der Projektionsoptik 5 verlaufen.
Die Spiegel 47, 7, 11, 15, 17, 19, 22, 27, 29, 31, 33, 35 und 37 bilden eine Gruppe von Spiegeln zur Führung von Strahlung aus dem ersten Spektralbereich entlang eines Lichtweges. Dabei wird das reflektive Retikel 22 ebenfalls als Spiegel verstanden. Unter einem Lichtweg wird im Sinne dieser Anmeldung eine geordnete Gruppe von Spiegeln verstanden, wobei die Ordnung der Reihenfolge entspricht, in der die Spiegel während des Betriebs der Nutzlichtquelle von Strahlung passiert werden. Dabei gilt weiterhin, dass auf jeden Spiegel der geordneten Gruppe Strahlung von seinem Vorgänger in der Gruppe reflektiert wird. Die geordnete Gruppe 47, 7, 11, 15, 17, 19, 22, 27, 29, 31, 33, 35, 37 ist daher ein erster Lichtweg. Ebenso ist die geordnete Gruppe 7, 11, 15 ein zweiter Lichtweg, da die Strahlung nacheinander die Spiegel 7, 11 und 15 passiert. Dabei ist der zweite Lichtweg im ersten Lichtweg vollständig enthalten, da die Gruppe der Spiegel 7, 11 und 15 eine Teilmenge der Spiegelgruppe 47, 7, 11, 15, 17, 19, 22, 27, 29, 31, 33, 35, 37. Die geordnete Gruppe 11, 7, 15 ist dagegen kein Lichtweg, da die Reihenfolge nicht dem korrekten Laufweg der Strahlung während des Betriebs der Nutzlichtquelle 43 entspricht. Ebenso ist die geordnete Gruppe 27, 29, 33 kein Lichtweg, da Strahlung auf den Spiegel 33 nicht vom Spiegel 29, der sein Vorgänger innerhalb der Gruppe ist, reflektiert wird, sondern vom Spiegel 31.
Während des Betriebs der Nutzlichtquelle 43 werden alle Spiegel (47, 7, 11, 15, 17, 19, 22, 27, 29, 31, 33, 35, 37) der EUV-Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage mit einer Intensitätsverteilung im ersten Spektralbereich von 5 nm bis 15 nm beaufschlagt. Dabei gehört zu jedem der Spiegel eine ihm zugeordnete erste Intensitätsverteilung die sich aufgrund seiner Position im Strahlengang und der Ausführung der Nutzlichtquelle 43 ergibt. Die dem Kollektorspiegel 47 zugeordnete erste Intensitätsverteilung ergibt sich zum Beispiel aus dem Abstand des Kollektorspiegels 47 vom Quellplasma 45 und der Krümmung des Kollektorspiegels 47 sowie aus der Abstrahlcharakteristik des Quellplasmas 45 im ersten Spektralbereich. Aufgrund der Beaufschlagung der verschiedenen Spiegel mit der ihnen zugeordneten ersten Intensitätsverteilung, kommt es während des Betriebs der Nutzlichtquelle 43 zu einer Erwärmung der Spiegel. Um dies zu kompensieren, sind die Spiegel mit einer entsprechenden Kühlung versehen. Hierbei kann es sich zum Beispiel um eine aktive Kühlung wie eine Flüssigkeitskühlung oder auch um eine passive Kühlung durch Kühlkörper zur Abstrahlung von Wärme handeln. Da die jedem Spiegel zugeordnete erste Intensitätsverteilung im ersten Spektralbereich zeitlich konstant ist, ergibt sich im Zusammenspiel mit der entsprechenden Kühlung nach einem bestimmten Zeitpunkt T₁ ein Gleichgewichtszustand, bei dem an jedem Spiegel eine zeitlich konstante erste Temperaturverteilung anliegt. Der Temperaturanstieg auf die erste Temperaturverteilung führt dazu, dass sich die optischen Eigenschaften der Spiegel ändern. So führt zum Beispiel die Wärmeausdehnung der Spiegelsubstrate zu einer Änderung der Krümmungsradien der Spiegel. Bei der Berechnung der optischen Eigenschaften der Beleuchtungsoptik und der Projektionsoptik wird eine derartige Änderung bereits vorab berücksichtigt. Dies führt jedoch dazu, dass die optischen Eigenschaften der Projektionsoptik beziehungsweise Beleuchtungsoptik nur dann optimal sind, wenn die Spiegel bereits Ihre erste Temperaturverteilung erreicht haben. Nach dem Einschalten der Nutzlichtquelle dauert es also bis zu einem Zeitpunkt T₁, bis das optische System aus Beleuchtungsoptik und Projektionsoptik seinen Optimalzustand erreicht hat. Aus diesem Grund ist erfindungsgemäß vorgesehen, eine Vortemperierung der Spiegel mithilfe einer Heizlichtquelle vorzunehmen.
2 zeigt eine erste Ausgestaltung dieser erfindungsgemäßen Heizlichtquelle. Die Heizlichtquelle 255 ist bei dieser Ausführung als eine Infrarotlichtquelle mit einer Wellenlänge von 1,2 μm ausgeführt. Die von der Heizlichtquelle 255 emittierte Strahlung im zweiten Spektralbereich trifft auf ein Einkoppelelement 257, das nahe dem Quellplasmaort angeordnet ist. Dabei ist das Einkoppelelement 257 als ein reflektives Gitter ausgeführt, wobei die Gitterstreben derart angeordnet sind, dass aufgrund der Beugung der Infrarotstrahlung mit der Wellenlänge von 1,2 μm eine Winkelverteilung der Strahlung nach dem Gitter vorliegt, sodass der Kollektorspiegel 247 mit einer zweiten zugeordneten Intensitätsverteilung im zweiten Spektralbereich beaufschlagt wird. Hierbei unterscheidet sich die zweite zugeordnete Intensitätsverteilung des Kollektorspiegels von der ersten zugeordneten ersten Intensitätsverteilung des Kollektorspiegels im Wesentlichen um einen ortsunabhängigen Faktor. Dadurch wird erreicht, dass der Kollektorspiegel 247 sich so erwärmt, dass nach einem Zeitraum T₂ einer zweite Temperaturverteilung am Kollektorspiegel 247 vorliegt, als ob die Nutzlichtquelle 251 bis zu einem Zeitpunkt T₁ betrieben worden wäre, das heißt die zweite Temperaturverteilung unterscheidet sich von der ersten Temperaturverteilung um nicht mehr als 1 Kelvin an einem Ort des Spiegels. Die Intensität der Heizlichtquelle 255 wird dabei so hoch gewählt, dass der Zeitraum T₂ kleiner ist als der Zeitraum T₁. Der Kollektorspiegel 247 nimmt somit schneller seinen vorbestimmten Optimalzustand ein.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die mittlere Reflektivität der Spiegel für Strahlung im zweiten Spektralbereich sich von der mittleren Reflektivität der Spiegel im ersten Spektralbereich um nicht mehr als 5%-Punkte unterscheidet. Im vorliegenden Fall weist der Kollektorspiegel 247 eine Multilayerbeschichtung aus Schichten mit Molybdän und Silizium auf mit einer Deckschicht aus Ruthenium auf. Hierdurch wird eine gute Reflektivität von etwa 67% für Strahlung mit der Wellenlänge von 13,5 nm erreicht. Gleichzeitig ist die Wellenlänge der Heizlichtquelle mit 1,2 μm so gewählt, dass die Reflektivität des Kollektorspiegels 247 für Strahlung der Wellenlänge 1,2 μm im Bereich von 62% bis 72% liegt, sich also um nicht mehr als 5%-Punkte unterscheidet. Hierdurch wird erreicht, dass die Strahlung der Heizlichtquelle im zweiten Spektralbereich durch den Kollektorspiegel 247 genauso transformiert wird, wie die Strahlung der Nutzlichtquelle im ersten Spektralbereich. Es ergibt sich somit zwangsläufig, dass das erste optische Element 207 während des Betriebs der Heizlichtquelle mit einer zweiten zugeordneten Intensitätsverteilung im zweiten Spektralbereich beaufschlagt wird, die sich von der ersten Intensitätsverteilung, mit der das erste optische Element während des Betriebs der Nutzlichtquelle beaufschlagt wird, im Wesentlichen um einen ortsunabhängigen Faktor unterscheidet. Entsprechendes gilt auch für die Beschichtung der weiteren Spiegel, sodass auch auf dem zweiten optischen Element 211, dem ersten und zweiten Teleskopspiegel 215 und 217 sowie auf dem Faltspiegel 219 während des Betriebs der Heizlichtquelle eine zweite zugeordnete Intensitätsverteilung vorliegt, die sich von der ersten zugeordneten Intensitätsverteilung im ersten Spektralbereich im Wesentlichen um einen ortsunabhängigen Faktor unterscheidet. Der Faltspiegel 219 ist mit einer rein metallischen Beschichtung aus Ruthenium versehen, da er im steifenden Einfall betrieben wird. Auch für diese Beschichtung gilt, dass die Reflektivität für Strahlung mit der Wellenlange von 13,5 nm im Wesentlichen gleich der Reflektivität für Strahlung mit der Wellenlänge 1,2 μm ist. Am Ort des Objektfeldes 21 befindet sich während des Betriebs der EUV-Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage eine strukturtragende Maske, das sogenannte Retikel 222. Diese Maske wird mithilfe der Projektionsoptik 205 in die Objektebene 225 abgebildet. Dabei wird die EUV-Strahlung die auf die Maske trifft an den Strukturen der Maske gebeugt, sodass die Intensitätsverteilungen, mit denen die Spiegel der Projektionsoptik (227, 229, 231, 233, 235, 237) beaufschlagt werden, von der genauen Gestalt der Maske abhängig sind. Beim Betrieb der Heizlichtquelle 255 wird daher am Ort des Objektfeldes 221 eine Heizmaske eingesetzt, die eine entsprechende Beugung der Strahlung im zweiten Spektralbereich verursacht. Hierzu weist die Heizmaske Strukturen auf, die denen der EUV-Maske entsprechen mit dem Unterschied, dass die Strukturen der Heizmaske entsprechend dem Verhältnis der Wellenlängen größer sind, das heißt um den Faktor 1,2 μm geteilt durch 13,5 nm. Hierdurch wird erreicht, dass auch auf dem ersten Objektivspiegel 227 sowie auf den dann folgenden Objektivspiegeln während des Betriebs der Heizlichtquelle eine Intensitätsverteilung im zweiten Spektralbereich vorliegt, die sich von der Intensitätsverteilung auf dem jeweiligen Spiegel im ersten Spektralbereich während des Betriebs der Nutzlichtquelle im Wesentlichen um einen ortsunabhängigen Faktor unterscheidet.
In einer optionalen Variante, die ebenfalls in 2 dargestellt ist, weist die EUV-Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage einen ersten Polarisator 241a und einen zweiten Polarisator 242b auf. Bei beiden Polarisatoren handelt es sich um Drahtgitterpolarisatoren mit einer Gitterperiode zur Polarisation der Strahlung im zweiten Spektralbereich. Im vorliegenden Fall der Heizlichtquelle, die Strahlung mit einer Wellenlänge von 1.2 μm emittiert, beträgt die Gitterperiode somit 0.6 μm. Durch den ersten Polarisator 241 wird die Strahlung im zweiten Spektralbereich linear polarisiert. Mit Hilfe des zweiten Polarisators 24lb, der um 90° verdreht zur Polarisationsrichtung der Strahlung am Ort des zweiten Polarisators angeordnet ist, wird die eingekoppelte Strahlung im zweiten Strahlbereich vollständig absorbiert. Hierdurch wird erreicht, dass die Strahlung im zweiten Spektralbereich das Substrat mit der photosensitiven Schicht in der Bildebene 225 nicht erreicht. Es ist daher möglich gleichzeitig die Nutzlichtquelle und die Heizlichtquelle zu betreiben, ohne dass die Strahlung im zweiten Spektralbereich eine unerwünschte Belichtung des Substrates mit der photosensitiven Schicht in der Bildebene 225 verursacht. Somit kann zunächst die Heizlichtquelle betrieben werden, um die eine Vortemperierung der Spiegel vorzunehmen. Dann kann in eine zweiten Schritt, sowohl die Heizlichtquelle wie auch die Nutzlichtquelle betrieben werde. In diesem Betriebszustand können bereits strukturtragende Masken mit der Strahlung im ersten Spektralbereich abgebildet werden. Da die Spiegel jedoch noch nicht ihre erste Temperaturverteilung erreicht haben, findet diese Abbildung mit reduzierter Qualität statt. Sobald die Spiegel aufgrund der Bestrahlung die eine Temperaturverteilung angenommen haben, die sich von der ersten Temperaturverteilung um nicht mehr als 1 Kelvin an einem Ort des Spiegels unterscheidet, kann die Heizlichtquelle abgeschaltet werden. Gegebenenfalls werden dann die Polarisatoren 241a und 241b aus dem Strahlengang entfernt. Statt eines unverzüglichen Abschaltens der Heizlichtquelle kann Intensität der Heizlichtquelle auch sukzessive reduziert werden.
3a zeigt schematisch mit einer durchgezogenen Linie eine erste zugeordnete Intensitätsverteilung auf dem Kollektorspiegel 47 aus 1. Da diese Intensitätsverteilung rotationssymmetrisch um den Mittelpunkt ist, ist die Intensität nur als Funktion des Abstandes vom Mittelpunkt gezeigt. Im Allgemeinen ist die Intensitätsverteilung auf einem Spiegel ein Funktion von zwei unabhängigen Variablen (x, y), die den Ort auf der Spiegeloberfläche charakterisieren. Mit einer gestrichelten Linie ist die dem Kollektorspiegel zugeordnete zweite Intensitätsverteilung dargestellt, mit der der Kollektorspiegel während des Betriebs der Heizlichtquelle beaufschlagt wird. 3b zeigt, dass sich die erste und die zweite Intensitätsverteilungen im Wesentlichen um einen ortsunabhängigen Faktor unterscheiden. Hierzu ist das Verhältnis der zweiten Intensitätsverteilung zur ersten Intensitätsverteilung als Funktion des Abstandes vom Mittelpunkt dargestellt. Das Verhältnis variiert über den Kollektorspiegel um nicht mehr als 10% des Faktors. Im vorliegenden Fall ist das Verhältnis an jedem Ort auf dem Kollektorspiegel zwischen 2,7 und 3,3.
4 zeigt die anhand der durchgezogenen Kurve beispielhaft die Reflektivität eines Mo/Si-Schichtstapels mit einer Ruthenium-Deckschicht als Funktion der eingestrahlten Wellenlänge. In der oberen Figur ist der Bereich 100 nm bis 3500 nm gezeigt und in der unteren Figur der Bereich 100 nm bis 12500 nm. Zudem ist gestrichelt die Reflektivität von 65% markiert. Typische Schichtstapel aus Molybdän und Silizium mit einer Ruthenium-Deckschicht weisen für Strahlung mit der Wellenlänge von 13,5 nm eine Reflektivität von etwa 65% aüf. Zu größeren Wellenlängen nimmt die Reflektivität zunächst ab. Die Reflektivität des in 4 dargestellten Beispiels für 100 nm beträgt etwa 10%. Bei noch größeren Wellenlängen wird die Reflektivität eines derartigen Schichtstapels vornehmlich durch die metallischen Schichten bestimmt. Daher kommt es zu einer sehr guten Reflektivität für Wellenlängen größer als 50 μm. Aus diesem Grund schneidet die Reflektivitätskurve die 65%-Marke mindestens einmal, so dass es mindestens eine Wellenlänge im Bereich von 100 nm und 50 μm gibt, bei der die Reflektivität ebenfalls 65% beträgt. Im vorliegenden Fall ist dies die Wellenlänge von 1,2 μm. Je nach genauem Schichtsystem kann diese Wellenlange variieren und wird daher durch theoretische Rechnungen oder experimentell entsprechend bestimmt. Auf diese Weise kann zumindest eine Wellenlänge ermittelt werden, bei der sich die mittlere Reflektivität im zweiten Spektralbereich von der mittleren Reflektivität des Spiegels im ersten Spektralbereich um nicht mehr als 5%-Punkte unterscheidet.
5 zeigt schematisch die Temperaturentwicklung an einem Ort eines Spiegels hin zu einer Gleichgewichtstemperatur. Während es beim Betrieb der Nutzlichtquelle (durchgezogene Linie) einen Zeitraum T₁ dauert, bis der Spiegel an diesem Ort seine Gleichgewichtstemperatur erreicht hat, wird durch den Betrieb der Heizlichtquelle (gestrichelte Linie) erreicht, dass die Temperatur bereits nach einer Zeit T₂ erreicht wird. Zum Zeitpunkt T₂ befindet sich der Spiegel somit bereits in seinem optimalen Zustand, sodass die Belichtung gestartet werden kann.
6 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen EUV-Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage. Die Projektionsbelichtungsanlage 601 umfasst dabei die Beleuchtungsoptik 603 und die Projektionsoptik 605. Im Gegensatz zu der Figur in 1a dargestellten Projektionsoptik 5 weist die Projektionsoptik 605 nach 6 eine negative Schnittweite der Eintrittspupille auf. Das heißt, dass die Eintrittspupillenebene 659 der Projektionsoptik 605 im Lichtblick vor dem Objektfeld 621 angeordnet ist. Verlängert man den Hauptstrahl 661 weiter, ohne die Reflektion an der strukturtragenden Maske am Ort des Objektfeldes 621 zu berücksichtigen, so schneidet der Hauptstrahl die optische Achse 639 in der Ebene 659a. Berücksichtigt man die Reflektion an der strukturtragenden Maske am Ort des Objektfeldes 621 und am Umlenkspiegel 619, so fällt die Ebene 659a mit der Eintrittspupillenebene 659 zusammen. Bei solchen Projektionsoptiken mit einer negativen Schnittweite der Eintrittspupille haben die Hauptstrahlen zu unterschiedlichen Objektfeldpunkten am Ort des Objektfeldes 621 einen divergenten Strahlverlauf in Lichtrichtung. Derartige Projektionsoptiken sind bekannt aus der US 2009/0079952 A1 . Ein weiterer Unterschied zur Beleuchtungsoptik nach 1a besteht darin, dass das Quellplasma 645 mithilfe des Kollektorspiegels 649 zunächst auf einen Zwischenfokus 663 abgebildet wird. Dieser Zwischenfokus 663 wird dann mithilfe der ersten reflektiven Facettenelemente 609 des ersten facettierten optischen Elements 607 auf die zweiten reflektiven Facettenelemente 613 des zweiten optischen Elements 611 abgebildet.
7 zeigt, wie bei dieser Ausführungsform der Projektionsbelichtungsanlage die Heizlichtquelle 755 eingekoppelt wird, indem das Einkoppelelement 757 eingebracht und am Ort des Zwischenfokus 663 positioniert wird. Das Einkoppelelement ist wiederum als ein reflektives optisches Element mit beugenden Strukturen ausgebildet, in der Form, dass das erste facettierte optische Element 707 mit einer zweiten zugeordneten Intensitätsverteilung beaufschlagt wird, die sich im Wesentlichen durch einen ortsunabhängigen Faktor von der ersten zugeordneten Intensitätsverteilung, mit der das erste facettierte optische Element 707 beim Betrieb der Nutzlichtquelle beaufschlagt wird, unterscheidet. Auch bei dieser Ausgestaltung sind die Wellenlänge der Heizlichtquelle 755 und die Beschichtungen der Spiegel 707, 711, 719, 727, 729, 731, 733, 735, 737 so gewählt, dass die mittlere Reflektivität der Spiegel für Strahlung im zweiten Spektralbereich, das heißt im Bereich von 1 μm bis 50 μm, sich von der mittleren Reflektivität der Spiegel im ersten Spektralbereich, das heißt im Bereich von 5 nm bis 15 nm, während des Betriebs der Heizlichtquelle um nicht mehr als 5%-Punkte unterscheidet. Hierdurch wird erreicht, dass auch die dem ersten reflektiven facettierten optischen Element 707 im Strahlengang nachgeordneten Spiegel mit einer zweiten zugeordneten Intensitätsverteilung im zweiten Spektralbereich beaufschlagt werden, die sich von dem jeweiligen Spiegel zugeordnete erste Intensitätsverteilung im Wesentlichen um einen ortsunabhängigen Faktor unterscheidet.
8a zeigt eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen EUV-Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage. In dieser Ausgestaltung umfasst die Nutzlichtquelle 843 einen CO₂-Laser 851 mit einer Wellenlänge von 10.6 μm der gleichzeitig die Heizlichtquelle ist. Während beim Betrieb der Nutzlichtquelle der Tröpfchengenerator 849 Materialtröpfchen erzeugt und an den Ort des Quellplasmas 845 verbringt, die dort mithilfe der Laserstrahlung des Lasers 851 in einen Plasmazustand überführt werden, besitzt die Nutzlichtquelle 843 einen weiteren Betriebsmodus, bei den der Laser 851 als Heizlichtquelle wirkt. Dabei ist jedoch darauf zu achten, dass sich beim Betrieb eine derartigen Nutzlichtquelle typischerweise Filterelemente im Strahlengang befinden, um die verbleibenden Anteile der Laserstrahlung im zweiten Spektralbereich auszufiltern. Vor dem Betrieb des Lasers als Heizlichtquelle sollten diese Filterelemente aus dem Strahlengang entfernt werden. Der Laser kann zum Beispiel als Heizlichtquelle betrieben werden, indem er auf eine längere Pulsdauer eingestellt wird. Bei einer längeren Pulsdauer des Lasers 851 wird das Materialtröpfchen bereits am Anfang des Laserpulses in seinen Plasmazustand überführt, sodass der restliche Teil des Laserpulses von dem Quellplasma 845 in Richtung auf den Kollektorspiegel 847 zurückreflektiert wird. Hierdurch entsteht zusätzlich zur Strahlung im ersten Spektralbereich von 5 nm bis 15 nm ein hoher Anteil von Strahlung im zweiten Spektralbereich (10,6 μm), die beide auf den Kollektorspiegel 847 gerichtet sind und ähnliche Winkelverteilungen besitzen. Da die Spiegel jedoch für Strahlung der Wellenlänge 10,6 μm eine Reflektivität von über 95% aufweisen (siehe 4), wird normalerweise nur wenig der Strahlung im zweiten Spektralbereich von den Spiegeln absorbiert. Um dies zu kompensieren, sind die Spiegel mit jeweils einem Infrarot-Absorber 865 versehen. Hierbei handelt es sich um geeignet geformte Elemente aus einem hitzebeständigem Glas oder Ceran oder einer anderen Keramik. Diese Elemente sind vor den zu erwärmenden Spiegeln angeordnet. Diese Materialen haben eine hohe Absorption für Strahlung der Wellenlänge 10,6 μm, sodass sie sich schnell erwärmen und die Wärme an die benachbart angeordneten Spiegel abgeben. Weiterhin weisen diese Materialien eine geringe Wärmeleitfähigkeit auf, sodass die Temperaturverteilung auf den Infrarotabsorbern der Intensitätsverteilung der auftreffenden Strahlung im Bereich von 10,6 μm entspricht. Die Erwärmung der benachbarten Spiegel wird dabei durch Wärmestrahlung im Bereich von 0,5 μm bis 3 μm, abgegeben von den Infrarot-Absorbern, erreicht. Die Absorption der Infrarotabsorber ist jedoch so hoch, dass nur wenig Strahlung im Bereich von 10,6 μm in Richtung auf den jeweilig nachfolgenden Spiegel im Lichtweg reflektiert wird. Um dies zu kompensieren, sind auf der Oberfläche der Infrarot-Absorbers, die in 8b im Detail dargestellt ist, Reflektorpunkte 867 angeordnet. Der linke Bereich der 8b zeigt eine Aufsicht auf einen Infrarot-Absorber 865 mit Reflektorpunkten 867 und der rechte Bereich einen Schnitt durch den Infrarot-Absorber entlang der links dargestellten gestrichelten Linie. Die Reflektorpunkte sind zum Beispiel Gebiete auf der Oberfläche des Infrarot-Absorbers mit einer metallischen Beschichtung. Damit haben diese Gebiete eine gute Reflektivität für Strahlung im Bereich von 10.6 μm. Durch die Dichteverteilung der Reflektorpunkte 867 auf dem Infrarot-Absorber 865 wird somit die mittlere Reflektivität des Infrarotabsorbers für Strahlung der Wellenlänge 10,6 μm eingestellt. Haben die Reflektorpunkte eine Reflektivität von annähernd 100% und der Infrarotabsorber von annähernd 0%, dann entspricht die mittlere Reflektivität im Wesentlichen dem Verhältnis der Fläche der Reflektorpunkte 867 zur Fläche des darunterliegenden Infrarotabsorbers 865.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2005140947 [0002]
US 2008049202 [0002]
US 2010060988 [0002]
US 6912077 [0002]
US 6504597 [0002]
US 6466382 [0002]
WO 2009046895 A1 [0002]
EP 1670041 [0002]
EP 0823662 [0002]
US 2009/0079952 A1 [0049]

Claims

EUV-Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage (1, 201, 601, 701, 801) umfassend – eine Nutzlichtquelle (43, 243, 643, 743, 843) zur Erzeugung von Strahlung in einem ersten Spektralbereich von 5 nm–15 nm – eine Heizlichtquelle (255, 655, 755, 855) zur Erzeugung von Strahlung in einem zweiten Spektralbereich von 1–50 μm – ein optisches System mit einer ersten Gruppe von Spiegeln zur Führung von Strahlung aus dem ersten Spektralbereich entlang eines Lichtweges derart, dass jeder Spiegel der ersten Gruppe während des Betriebs der Nutzlichtquelle (43, 243, 643, 743, 843) mit einer ersten zugeordneten Intensitätsverteilung im ersten Spektralbereich beaufschlagbar ist, wobei die Heizlichtquelle derart angeordnet ist, dass mindestens ein Spiegel der ersten Gruppe während des Betriebs der Heizlichtquelle mit einer zweiten zugeordneten Intensitätsverteilung im zweiten Spektralbereich beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich die erste Intensitätsverteilung von der zweiten Intensitätsverteilung im Wesentlichen um einen ortsunabhängigen Faktor unterscheidet.
EUV-Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 1 umfassend ein Einkoppelelement (257, 757, 857), das Strahlung der Heizlichtquelle (255, 655, 755, 855) aufnimmt und auf den mindestens einen Spiegel der ersten Gruppe lenkt.
EUV-Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Einkoppelelement (257, 757) als ein diffraktives optisches Element zur Erzeugung der zweiten Intensitätsverteilung auf dem mindestens einen Spiegel ausgeführt ist.
EUV-Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1–3 dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Reflektivität des mindestens einen Spiegels für Strahlung im zweiten Spektralbereich während des Betriebs der Nutzlichtquelle (43, 243, 643, 743, 843) sich von der mittleren Reflektivität des mindestens einen Spiegels für Strahlung im ersten Spektralbereich während des Betriebs der Heizlichtquelle (255, 655, 755, 855) um nicht mehr als 5%-Punkte unterscheidet.
EUV-Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1–4 dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage eine zweite Gruppe, umfassend mindestens zwei Spiegel aufweist, die den mindestens einen Spiegel enthält, wobei die zweite Gruppe eine Teilmenge der ersten Gruppe ist, und wobei die Heizlichtquelle (255, 655, 755, 855) und das Einkoppelelement (257, 757, 857) derart angeordnet sind, dass die Strahlung der Heizlichtquelle (255, 655, 755, 855) entlang eines zweiten Lichtweges über alle Spiegel der zweiten Gruppe geführt wird, wobei der zweite Lichtweg vollständig im ersten Lichtweg enthalten ist.
EUV-Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Reflektivität jedes Spiegels der zweiten Gruppe für Strahlung im zweiten Spektralbereich während des Betriebs der Nutzlichtquelle (43, 243, 643, 743, 843) sich von der mittleren Reflektivität des gleichen Spiegels der zweiten Gruppe für Strahlung im ersten Spektralbereich während des Betriebs der Heizlichtquelle (255, 655, 755, 855) um nicht mehr als 5%-Punkte unterscheidet.
EUV-Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage nach einem der Ansprüche 5–6, dadurch gekennzeichnet, dass während des Betriebs der Heizlichtquelle (255, 655, 755, 855) jeder Spiegel der zweiten Gruppe mit einer zweiten zugeordneten Intensitätsverteilung im zweiten Spektralbereich beaufschlagbar ist, wobei sich für jeden Spiegel der zweiten Gruppe die erste zugeordnete Intensitätsverteilung von der zweiten zugeordneten Intensitätsverteilung im Wesentlichen um einen für diesen Spiegel spezifischen Faktor unterscheidet.
EUV-Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die spezifischen Faktoren aller Spiegel der zweiten Gruppe sich nicht um mehr als 10% unterscheiden.
EUV-Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1–8, dadurch gekennzeichnet, dass die Nutzlichtquelle (843) einen Laser (851) zur Erzeugung eines Plasmas umfasst, der gleichzeitig die Heizlichtquelle (855) ist.
EUV-Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 9, umfassend ein Einkoppelelement (857), das Strahlung der Heizlichtquelle aufnimmt und auf den mindestens einen Spiegel der ersten Gruppe lenkt, dadurch gekennzeichnet, dass die Nutzlichtquelle (843) Materialtröpfchen umfasst, die während des Betriebs der Nutzlichtquelle (843) durch die Strahlung des Lasers (851) in einen Plasmazustand angeregt werden, und wobei die Materialtröpfchen während des Betriebs des Lasers als Heizlichtquelle (855) als Einkoppelelement (857) dienen, indem sie die Strahlung des Lasers (851) reflektieren.
Verfahren zum Betrieb einer EUV-Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1–10 umfassend die folgenden Schritte: – Vortemperieren des mindestens einen Spiegels über einen Zeitraum T₁ durch Einstrahlen von Strahlung aus dem zweiten Spektralbereich, so dass eine erste Temperaturverteilung an dem mindestens einen Spiegel anliegt – Belichten eines photosensitiven Substrates mit Strahlung aus dem ersten Spektralbereich unter Zuhilfenahme des optischen Systems
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass während des Vortemperieren ein Infrarotabsorber (865), insbesondere umfassend hitzebeständiges Glas oder Ceran oder eine andere Keramik, vor dem mindestens einen Spiegel angebracht wird, um die Absorption des Strahlung aus dem zweiten Spektralbereich zu vergrößern.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11–12, dadurch gekennzeichnet, dass sich die erste Temperaturverteilung sich von einer zweiten Temperaturverteilung, die an dem mindestens einen Spiegel während des Belichtungsschrittes aufgrund von Absorption der Strahlung aus dem ersten Spektralbereich anliegt, um nicht mehr als 1 Kelvin an einem Ort des mindestens einen Spiegels unterscheidet.
Verfahren zum Betrieb einer EUV-Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 9 umfassend die folgenden Schritte: – Einbringen eines Einkoppelelementes (857) – Betrieb des Lasers als Heizlichtquelle (855) – Entfernen des Einkoppelelementes (857) – Betrieb des Lasers als Komponente der Nutzlichtquelle (843)