DE102015207785A1

DE102015207785A1 - Optischer Wellenfrontmanipulator, Projektionsobjektiv mit einem solchen optischen Wellenfrontmanipulator und mikrolithografische Apparatur mit einem solchen Projektionsobjektiv

Info

Publication number: DE102015207785A1
Application number: DE102015207785.3A
Authority: DE
Inventors: Leonid Gorkhover; Boris Bittner; Ulrich Müller; Alireza Akbarinia
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2015-04-28
Filing date: 2015-04-28
Publication date: 2016-11-03

Abstract

Ein optischer Wellenfrontmanipulator mit einer ersten optischen Komponente (12, 156), die eine optische Achse (16) definiert und entlang der optischen Achse (16) eine Außenseite (18) und eine der Außenseite (18, 160) gegenüberliegende Innenseite (20, 158) aufweist, einer Wärmeaustauscheinrichtung (43, 153, 153', 153", 153'"), die der Innenseite (20, 158) der ersten optischen Komponente (12, 156) zugewandt angeordnet ist, wobei die Wärmeaustauscheinrichtung (43, 153, 153', 153", 153'") einen Medieneinlass (36) und einen Medienauslass (42) aufweist, wobei der Medieneinlass (36) zum Zuführen eines Wärmeaustauschmediums und zum Beaufschlagen der Innenseite (20, 158) mit dem Wärmeaustauschmedium ausgelegt ist, wobei der Medienauslass (42) mit dem Medieneinlass (36) fluidverbunden und zum Abführen des Wärmeaustauschmediums ausgelegt ist, wobei der Medieneinlass (36) zur Erzeugung zumindest eines Teilchenstrahls (38) aus dem Wärmeaustauschmedium eine Effusivquelle (73) und/oder eine aerodynamische Linse (106) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft einen optischen Wellenfrontmanipulator, mit einer ersten optischen Komponente, die eine optische Achse definiert und entlang der optischen Achse eine Außenseite und eine der Außenseite gegenüberliegende Innenseite aufweist, einer Wärmeaustauscheinrichtung, die auf der der Innenseite zugewandten Seite der ersten optischen Komponente angeordnet ist, wobei die Wärmeaustauscheinrichtung einen Medieneinlass und einen Medienauslass aufweist, wobei der Medieneinlass zum Zuführen eines Wärmeaustauschmediums und zum Beaufschlagen der Innenseite mit dem Wärmeaustauschmedium ausgelegt ist, wobei der Medienauslass mit dem Medieneinlass fluidverbunden und zum Abführen des Wärmeaustauschmediums ausgelegt ist.
Die Erfindung betrifft ferner ein Projektionsobjektiv mit einem solchen optischen Wellenfrontmanipulator und eine mikrolithografische Apparatur mit einem solchen Projektionsobjektiv.
Ein optischer Wellenfrontmanipulator der eingangs genannten Art ist aus WO 2013/156041 A1 bekannt.
Ein derartiger optischer Wellenfrontmanipulator wird in der Mikrolithographie verwendet, um optische Wellenfronten eines Projektionsobjektivs zu ändern, insbesondere um diese zu korrigieren. Die Mikrolithographie, die auch als Fotolithographie oder Lithographie bekannt ist, gehört zu den zentralen Technologien der Halbleiter- und Mikrosystemtechnik zur Herstellung von integrierten Schaltungen, Halbleiterbauteilen und weiteren Elektronikprodukten. Die Grundidee der Mikrolithographie besteht darin, vordefinierte Strukturen mittels Belichtung auf ein Substrat, beispielsweise einen Siliziumwafer, zu übertragen. Die vordefinierten Strukturen enthalten typischerweise Mikro- und/oder Nanostrukturen, die auf einem Retikel (auch bekannt als Fotomaske oder Maske) geformt sind. Das Substrat wird vor der Belichtung mit einem lichtempfindlichen Material (auch bekannt als Fotolack) beschichtet. Bei der Belichtung wird das von einer Lichtquelle erzeugte Licht über das Retikel zum Projektionsobjektiv geleitet, wobei das Licht nach Durchlaufen des Projektionsobjektivs schließlich zum Substrat gelangt und dort auf das lichtempfindliche Material einwirkt. Das Substrat wird anschließend mit einem Lösungsmittel behandelt, so dass nach der Behandlung nur die den vordefinierten Strukturen des Retikels entsprechenden Bereiche des Substrates durch das lichtempfindliche Material abgedeckt sind; oder umgekehrt, dass solche Bereiche frei werden. In weiteren Strukturierungsschritten werden die nicht freien Bereiche des Substrates durch ein Ätzmittel abgetragen, so dass die vordefinierten Strukturen des Retikels schließlich auf das Substrat übertragen sind.
In der Halbleitertechnik gilt es als essentiell, Strukturen mit möglichst kleinen Abmessungen zu realisieren, um die Anzahl der auf einer Flächeneinheit integrierbaren Schaltungen zu erhöhen und somit die Leistungsfähigkeit, insbesondere die Leistungsdichte, der Halbleiterbauteile zu steigern. Die mikrolithographisch realisierbare Strukturgröße hängt in erster Linie vom Auflösungsvermögen des Projektionsobjektivs ab, wobei sich das Auflösungsvermögen des Projektionsobjektivs umgekehrt proportional zur Wellenlänge des zur Projektionsbelichtung verwendeten Lichtes verhält. Je kleiner die Wellenlänge des Projektionslichtes ist, desto höher ist das Auflösungsvermögen des Projektionsobjektivs. Heutzutage ist es möglich, ultraviolettes (UV) Licht, insbesondere vakuumultraviolettes (VUV) Licht als Projektionslicht zu verwenden, das eine Wellenlänge von unter 248 nm aufweist. Aus dem Stand der Technik sind ebenfalls mikrolithographische Systeme bekannt, die extrem ultraviolettes (EUV) Licht mit einer Wellenlänge von etwa 13 nm als Projektionslicht verwenden. Es wird angemerkt, dass der Begriff "Mikrolithographie" breit zu verstehen ist und sich im Allgemeinen nicht nur auf Strukturgrößen im Bereich von weniger als 1 mm sondern auch im Bereich von weniger als 1 µm bezieht. Insbesondere fallen auch Strukturgrößen im Nanometerbereich unter die Mikrolithographie.
Die Anwendung von UV-, VUV- und EUV-Licht führt jedoch häufig zu Aberrationen (optischen Abbildungsfehlern) in der Mikrolithographie. Dies geht damit einher, dass die photonische Energie des Lichtes umgekehrt proportional zu dessen Wellenlänge ist. Somit werden optische Komponenten eines mikrolithographischen Systems bei Anwendung von Licht mit kurzen Wellenlängen durch hohen Wärmeeintrag belastet. Dabei kommt es unvermeidbar zur Beeinträchtigung der optischen Eigenschaften der optischen Komponenten. Beispielsweise verändert sich der Brechungsindex einer Linse oder eines Prismas. Diese Beeinträchtigung der optischen Eigenschaften kann sowohl lokal, d.h. an einer oder mehreren bestimmten Stellen der Wirkungsfläche einer optischen Komponente, als auch global, d.h. auf der gesamten Wirkungsfläche der optischen Komponente festgestellt werden. Derartige Beeinträchtigungen resultieren in Aberrationen der optischen Wellenfront, welche auf das zu belichtende Substrat weiter übertragen werden, so dass gewünschte Belichtungsergebnisse nicht mehr erzielbar sind.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Wege bekannt, um derartigen Aberrationen entgegenzuwirken. Beispielsweise werden Aktuatoren für Facettenspiegel eingesetzt, die aus mehreren Spiegelfacetten bestehen, wobei die einzelnen Spiegelfacetten mit Hilfe der Aktuatoren bezüglich zumindest einer Raumrichtung verkippbar sind. Hierdurch kann der Verlauf eines am Facettenspiegel reflektierten Lichtstrahls umgelenkt werden, um die Aberrationen zu korrigieren. Alternativ können die optischen Komponenten eine deformierbare optische Wirkungsfläche aufweisen, damit eine gewünschte Wellenfront des Belichtungslichtes erzielt wird.
Eine weitere Möglichkeit, die negativen Auswirkungen der Wärmeeinprägung auf die optischen Komponenten zu kompensieren, wird mit Hilfe von Wärmeaustauschmedium realisiert. Aus US 6,781,668 B2 ist eine Linse für ein Projektionsobjektiv bekannt, die mit Hilfe eines Kühlungsgases gekühlt wird. Die dortige Linse wird mit Hilfe von mehreren Düsen, deren Ausrichtung variierbar ist, mit dem Kühlungsgas bestrahlt. Obwohl hiermit der Kühlungseffekt auf der Wirkungsfläche der Linse vorteilhafterweise variierbar ist, lässt sich mit dieser Methode jedoch das Schlieren, d.h. die Bildung von optischen Inhomogenitäten (beziehungsweise Schmierformen) in der Linse nicht vermeiden. Ähnlich wie bei Wärmebelastung führt auch das Schlieren zur Beeinträchtigung der optischen Eigenschaften von optischen Komponenten.
WO 2013/156041 offenbart eine Laval-Düse zur Bestrahlung von optischen Komponenten mit einem Kühlungsgas, wobei die Laval-Düse in einer gasdichten Kavität gelagert ist, in der eine Vakuumumgebung gebildet ist. Die gasdichte Kavität ist wiederum ein Bestandteil eines optischen Wellenfrontmanipulators, der zur Entgegenwirkung von Aberrationen dient.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen optischen Wellenfrontmanipulator der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass den Auswirkungen der Wärmebelastung und/oder des Schlierens mit höherer Effizienz und Zuverlässigkeit entgegengewirkt wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe hinsichtlich des eingangs genannten optischen Wellenfrontmanipulators dadurch gelöst, dass der Medieneinlass zur Erzeugung zumindest eines Teilchenstrahls aus dem Wärmeaustauschmedium eine Effusivquelle und/oder eine aerodynamische Linse aufweist.
Unter einer Effusivquelle wird eine Vorrichtung verstanden, die zur Erzeugung eines Teilchenstrahls dient, wobei die Wechselwirkung zwischen den dem Teilchenstrahl zugrundeliegenden Teilchen stark reduziert ist. Das Verhalten des damit erzeugten Teilchenstrahls gehorcht mit hoher Übereinstimmung den Gesetzen der stark vereinfachten idealen Gastheorie. Daher ermöglicht die Anwendung der Effusivquelle einen Teilchenstrahl, dessen Verhalten auf einfache Weise vorhersehbar ist. Die erste und/oder zweite optische Komponente lässt sich dadurch mit erhöhter Zielgenauigkeit kühlen und/oder heizen. Folglich wird die Vorhersehbarkeit und damit einhergehend auch die Steuerbarkeit der Wärmeaustauschwirkung des Wärmeaustauschmediums auf den zu kühlenden bzw. zu heizenden Bereichen der optischen Komponente verbessert. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen optischen Wellenfrontmanipulators können Aberrationen daher mit erhöhter Genauigkeit und Zuverlässigkeit korrigiert werden.
Ferner können die Teilchen des Teilchenstrahls, die zur optischen Komponente gelangen, aufgrund der stark reduzierten Wechselwirkung untereinander viel effizienter am Wärmeaustausch mit der optischen Komponente teilnehmen. Dies hängt damit zusammen, dass die einzelnen Teilchen nur Wärmeaustauschprozesse mit der optischen Komponente eingehen. Somit wird die pro Teilchen ausgetauschte Wärme erhöht, so dass die Wärmeaustauschwirkung mittels des Wärmeaustauschmediums effizienter gestaltet werden kann. Dies ermöglicht eine kostengünstige Aberrationskorrektur.
Unter einer aerodynamischen Linse wird eine Vorrichtung verstanden, die zur Erzeugung eines Teilchenstrahls eingesetzt wird, wobei der Teilchenstrahl innerhalb der aerodynamischen Linse gezielt modifiziert, insbesondere fokussiert und/oder aufgeweitet, wird. Mittels der aerodynamischen Linse kann der Teilchenstrahl mit erhöhter Genauigkeit erzeugt werden, insbesondere hinsichtlich dessen Ausrichtung und Querschnitt. Die Wärmeaustauschwirkung des Wärmeaustauschmediums wird somit zuverlässiger, was sich positiv auf die Aberrationskorrektur auswirkt.
Der Begriff "Wärmeaustauschmedium" ist breit zu verstehen und umfasst jedes zur Kühlung und/oder Heizung von optischen Komponenten, beispielsweise Linsen, Prismen, Spiegeln und/oder Masken, einsetzbare, vorzugsweise flüssige oder gasförmige Medium, das Wärme und/oder Kälte von der der Umgebung zu den optischen Komponenten weiterleitet oder von diesen abtransportiert. Der Begriff "fluidverbunden" beziehungsweise "Fluidverbindung" bezieht sich auf jedes für die vorliegende Erfindung einsetzbare Wärmeaustauschmedium. Der Begriff "Wärmeaustausch" ist breit zu verstehen und umfasst sowohl die Aufnahme von Wärme (thermischer Energie) als auch die Abgabe von Wärme. Der Begriff "Wechselwirkung" umfasst thermische, elektrostatische, magnetische, mechanische, fluidmechanische, photonische und/oder andere Arten von Wechselwirkungen. Der Begriff "Teilchen" umfasst atomare und molekulare Teilchen sowie Tröpfchen und Cluster.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist eine zweite optische Komponente der ersten optischen Komponente entlang der optischen Achse gegenüberliegend angeordnet, wobei der Medieneinlass zum Beaufschlagen einer der ersten optischen Komponente zugewandten Innenseite der zweiten optischen Komponente ausgelegt ist.
Die Wärmeaustauscheinrichtung dient somit zum Beaufschlagen der Innenseite der ersten und der zweiten optischen Komponenten. Vorteilhafterweise ist die Korrekturwirkung des optischen Wellenfrontmanipulators auf mehrere optische Komponenten erweitert.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist zwischen der ersten und der zweiten optischen Komponente eine mediendichte Kavität ausgebildet, die seitlich durch zwei einander gegenüberliegenden Endseiten begrenzt ist, wobei der Medieneinlass und/oder der Medienauslass an einer der beiden Endseiten angeordnet ist.
Die mediendichte Kavität verhindert, dass das Wärmeaustauschmedium nach außen gelangt oder mit Fremdmedien wie Luftpartikel verunreinigt wird. Diese Maßnahme führt vorteilhafterweise zu einer effektiveren Wärmeaustauschwirkung.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Effusivquelle eine Kapillaranordnung mit zumindest einer Kapillare auf, deren Querschnittsabmessung kleiner als eine mittlere freie Weglänge des Wärmeaustauschmediums ist.
Diese Maßnahme bewirkt einen Teilchenstrahl, bei dem Wechselwirkungen, insbesondere Stöße zwischen den einzelnen Teilchen stark reduziert sind. Die Wärmeaustauschwirkung und somit auch die Aberrationskorrektur lässt sich mit erhöhter Genauigkeit und Zuverlässigkeit gestalten. Die mittlere freie Weglänge beschreibt die räumliche Entfernung, innerhalb derer sich ein Streuprozess, beispielsweise Stoß, zwischen Teilchen, insbesondere zwischen Teilchen des Wärmeaustauschmediums und/oder zwischen diesen und fremden Teilchen der Umgebung, ereignet. Hierbei bezieht sich die mittlere freie Weglänge auf für mikrolithographische Anwendungen übliche Bedingungen wie Temperatur, Druck, Teilchengröße und/oder -dichte, etc.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung liegt die Querschnittsabmessung der zumindest einen Kapillare in einem Bereich von 1 µm bis 50 µm.
Mit Hilfe dieser Maßnahme liegt die Querschnittsabmessung der zumindest einen Kapillare deutlich unter der mittleren freien Weglänge einer Vielzahl von für mikrolithographische Anwendungen üblichen Wärmeaustauschmedien. Dies erweitert vorteilhafterweise das Anwendungsgebiet des erfindungsgemäßen optischen Wellenfrontmanipulators.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die zumindest eine Kapillare eine Länge auf, die kleiner als und/oder vergleichbar mit der mittleren freien Weglänge des Wärmeaustauschmediums ist.
Mit Hilfe dieser Maßnahme werden die Stöße nicht nur quer zur Kapillare, sondern auch längs der Kapillare verringert, so dass die Wechselwirkung zwischen den einzelnen Teilchen weiter reduziert ist. Das Verhalten des Teilchenstrahls lässt sich somit mit höherer Genauigkeit und Einfachheit beschreiben und steuern. Vorteilhafterweise kann den Aberrationen effizienter entgegengewirkt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die zumindest eine Kapillare in einem für das Wärmeaustauschmedium stoßarmen Modus und/oder einem für das Wärmeaustauschmedium stoßbehafteten Modus betreibbar.
Mit Hilfe dieser Maßnahme kann der Benutzer die Kapillaranordnung ganz oder teilweise in dem einen oder dem anderen Modus betreiben, so dass der erfindungsgemäße optische Wellenfrontmanipulator vorteilhafterweise unterschiedliche Korrekturanforderungen der verschiedenen Aberrationen erfüllt. Die Begriffe "stoßarm" beziehungsweise "stoßbehaftet" beziehen sich auf Stöße zwischen den Teilchen vor und/oder nach dem Austritt aus der Effusivquelle. Unter "stoßarm" kann auch "stoßfrei" verstanden werden, so dass die Kapillaranordnung im stoßarmen Modus in Bezug auf Stöße für die Teilchen im Wesentlichen "transparent" ist, während sie im stoßbehafteten Modus in Bezug auf Stöße für die Teilchen "opak" ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Kapillaranordnung als ein Kapillararray aus einer Mehrzahl von Kapillaren ausgebildet, die in einer Längsrichtung im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind.
Im Vergleich zu einer Kapillaranordnung mit einer einzigen Kapillare weist ein Kapillararray aus einer Mehrzahl, insbesondere einer Vielzahl, von Kapillaren einen größeren Wirkungsquerschnitt auf, so dass die Wärmeaustauschwirkung des Wärmeaustauschmediums vorteilhafterweise gesteigert ist. Außerdem lassen sich mit Hilfe des Kapillararrays sowohl einzelne Teilchenstrahlen als auch ein Teilchenstrahlbündel erzeugen, so dass vorteilhafterweise vielfältige Wärmeaustauschwirkungen erzielbar sind. Der Begriff "Kapillararray" ist breit zu verstehen und umfasst ein Array und/oder eine Matrize aus Kapillaren.
In weiteren bevorzugten Ausgestaltungen sind die Kapillaren des Kapillararrays in einer zur Längsrichtung im Wesentlichen querverlaufenden Ebene dreieckig, quadratisch, hexagonal, oktagonal oder kreisförmig angeordnet.
In diesen Ausgestaltungen haben die Kapillaren des Kapillararrays eine geordnete Verteilung, so dass das dem Kapillararray zugeführte Wärmeaustauschmedium auf alle Kapillaren gleichmäßig verteilt werden kann. Dies erhöht vorteilhafterweise die Gleichmäßigkeit der hiermit erzielbaren Aberrationskorrektur. Dabei ist es möglich, dass in unterschiedlichen Bereichen des Kapillararrays die Kapillaren unterschiedlich angeordnet sind. Dies erhöht vorteilhafterweise die Variabilität der erzeugten Teilchenstrahlen, so dass der Anwendungsbereich des erfindungsgemäßen optischen Wellenfrontmanipulators erweitert ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind die Kapillaren des Kapillararrays seitlich voneinander beabstandet.
Diese Maßnahme reduziert die Störeffekte zwischen benachbarten Kapillaren, so dass die aus den einzelnen Kapillaren austretenden einzelnen Teilchenstrahlen wechselwirkungsfrei und somit vorteilhafterweise einfacher steuerbar sind.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das Kapillararray zumindest eine Platte, vorzugsweise eine Glasplatte, mit einer Vielzahl von Hohlräumen und Durchbrüchen zwischen einer Hochdruckseite und einer Niederdruckseite auf.
Diese Maßnahme ermöglicht eine Effusivquelle, die besonders einfach zu realisieren ist. Die einzelnen Kapillaren werden durch Ausnehmungen geformt, wobei auf dem Gebiet der Mikro- und Nanosystemtechnik etablierte Methoden wie nasschemisches Ätzen, ionisches Ätzen sowie fokussierter Ionenstrahl und Plasmaätzen einsetzbar sind. Die Herstellung der Kapillaren bzw. des Kapillarenarrays kann auch durch Dünnziehen von vielen Glasrohren erfolgen.
Die einzelnen Kapillaren lassen sich vorteilhafterweise mit hoher Präzision und Sicherheit herstellen, so dass die Wärmeaustauschwirkung und somit auch die Aberrationskorrektur weiter optimiert ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist der Medienauslass eine lokale Absaugvorrichtung zur lokalen Absaugung von Teilchen des erzeugten Teilchenstrahls auf, die einer oder mehreren Kapillaren zugeordnet ist.
Die lokale Absaugvorrichtung dient dazu, die Teilchen des Teilchenstrahls, mit dem die Innenseite der optischen Komponente beaufschlagt wird, lokal statt global wieder aufzufangen. Dadurch wird verhindert, dass die Teilchen nach dem Auftreffen auf der Innenseite der optischen Komponente weiterhin zwischen der Wärmeaus-tauscheinrichtung und der optischen Komponente verbleiben und mit weiteren, später zugeführten Teilchen kollidieren. Vorteilhafterweise wird hierdurch die Wärmeaus-tauscheffizienz, insbesondere die Kühleffizienz, erhöht. Ein weiterer Vorteil dieser Maßnahme besteht darin, dass die Wärmeaustauschteilchen trotz des von den Kapillaren ausgehenden divergenten Strahlengangs mit hoher Genauigkeit auf der Innenseite der optischen Komponente eingesetzt werden können. Somit wird ein optischer Wellenfrontmanipulator bewerkstelligt, die zusätzlich zu den vorstehend genannten Vorteilen einer Effusivquelle eine hohe Kühleffizienz besitzt.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die lokale Absaugvorrichtung rohrförmig ausgebildet, wobei eine oder mehrere Kapillaren entlang einer Längsrichtung in einem Rohrinnenraum der Absaugvorrichtung gelagert sind.
Dadurch, dass sich die Kapillaren im Rohrinnenraum erstrecken, werden die verbrauchten Wärmeaustauschteilchen mit hoher Effizienz aufgefangen. Vorteilhafterweise wird die Wärmeaustauscheffizienz weiter gesteigert.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die lokale Absaugvorrichtung ein Array aus einer Mehrzahl an Absaugelementen auf, wobei jedem Absaug-element genau eine oder mehrere Kapillaren zugeordnet sind.
Mit Hilfe der als Array ausgebildeten lokalen Absaugvorrichtung kann die Innenseite der optischen Komponente mit hoher Genauigkeit lokal heizen und/oder kühlen. Insbesondere lässt sich im Fall, dass einem Absaugelement eine einzige Kapillare zugeordnet ist, ein Array aus Kapillare-Absaugelement-Paaren bewerkstelligen. Vorteilhafterweise lassen sich unabhängig von der Geometrie der optischen Komponente auf einfache Weise individuell angepasste Wärmeaustauscheinrichtungen realisieren.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das Array mehrere Arraysegmente mit einem oder mehreren Absaugelementen auf, wobei eine Temperaturregeleinrichtung zur Temperaturregelung zumindest eines der Arraysegmente vorgesehen ist.
Hierdurch wird eine segmentweise Temperaturregelung für die Wärmeaustauschteilchen in der lokalen Absaugvorrichtung bewerkstelligt. Vorteilhafterweise ist die Wärmeaustauschwirkung präziser.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Temperaturregeleinrichtung zur Temperaturreglung des Teilchenstrahls, Teilchenanzahlregelung des Teilchenstrahls und/oder Pumpleistungsreglung einer an die Absaugvorrichtung angeschlossenen Pumpe ausgelegt.
Die segmentweise Temperaturregelung der Wärmeaustauschteilchen kann somit auf verschiedene Weisen bewerkstelligt werden, was vorteilhafterweise eine Vielzahl an individuellen Einsatzanforderungen erfüllt.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung umfasst jedes Arraysegment eine oder mehrere Heizquellen zum Beaufschlagen der Innenseite mit einem Heizstrahl.
Durch bestimmte Anordnungen von Heizquellen kann somit ein bestimmtes Temperaturprofil bzw. eine bestimmte Temperaturverteilung auf der mit dem Heizstrahl beaufschlagten Innenseite der optischen Komponente zusätzlich zur Kühlwirkung des Wärmeaustauschmediums realisiert werden. Das Kühlprofil bzw. die Verteilung der Kühlleistung des Wärmeaustauschmediums kann somit schnell und lokal mit hoher Genauigkeit je nach Anforderungen geändert werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weisen die Heizquellen mehrere Infrarot-Dioden zur Erzeugung von Infrarot-Heizstrahlung auf.
Die hierdurch erzeugte Infrarot-Heizstrahlung besitzt die Eigenschaft, dass sie eine hocheffiziente Heizwirkung für Oberflächen bewirkt und somit vorteilhafterweise besonders geeignet für gezieltes Heizen von der Innenseite der optischen Komponente ist. Die Infrarot-Dioden können fokussiert auf die Innenseite der optischen Komponente gerichtet sein, so dass die Infrarot-Heizstrahlung auf eine relativ kleine Fläche der Innenseite fokussiert ist. Alternativ können die Infrarot-Dioden defokussiert auf die Innenseite gerichtet sein.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist eine Temperaturvorhersageeinheit zum Vorhersagen eines Temperaturverlaufs auf der Innenseite und zum Übersetzen des vorhergesagten Temperaturverlaufs in Steuerbefehle zur Steuerung der Wärmeaustauscheinrichtung auf der Innenseite der optischen Komponente angeordnet.
Die Steuerbefehle können somit an zugehörige Steuereinheiten der Arraysegmente übermittelt und von diesen ausgeführt werden, um beispielsweise mehrere Heizquellen zu steuern. Vorteilhafterweise ist die Temperaturregelung und somit auch die Wärmeaustauschwirkung präzise einstellbar.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist der zumindest eine Teilchenstrahl einen variablen Strahlquerschnitt und/oder eine variable Strahlrichtung auf.
Mit Hilfe des variablen Strahlquerschnittes und/oder der variablen Strahlrichtung lässt sich die Wärmeaustauschwirkung des zumindest einen Teilchenstrahls gezielt variieren. Außerdem kann somit die Verteilung der Wärmeaustauschwirkung, insbesondere die Wärmeaustauschleistung, die die ausgetauschte Wärme pro Zeit- und/oder Flächen- und/oder Volumeneinheit darstellt, über den zu kühlenden beziehungsweise zu heizenden Bereich der ersten und/oder der zweiten optischen Komponente flexibel variiert werden. Der erfindungsgemäße optische Wellenfrontmanipulator kann vorteilhafterweise für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden. Das Variieren des Strahlquerschnittes und/oder der Strahlrichtung kann vorzugsweise mit Hilfe von MEMS erfolgen, was ein besonders schnelles und komplexes Variieren der Wärmeaustauschwirkung beziehungsweise -leistung ermöglicht.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist der zumindest eine Teilchenstrahl eine Vielzahl von Tröpfchen und/oder Clustern aus dem Wärmeaustauschmedium auf.
Diese Maßnahme ermöglicht das Kühlen der optischen Komponenten mit Hilfe der Verdampfungsenthalpie der Tröpfchen und/oder der Cluster aus dem Wärmeaustauschmedium. Vorteilhafterweise lässt sich hiermit eine erhöhte Kühlwirkung mit zugleich verringerter Menge an Wärmeaustauschmedium erzielen.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Temperatur des zumindest einen Teilchenstrahls durch Kühlung und/oder Heizung der Effusivquelle mittels zumindest eines Wärmeaustauschelementes einstellbar.
Diese Maßnahme ermöglicht eine besonders einfache Temperatureinstellung des zumindest einen Teilchenstrahls, wobei als Wärmeaustauschelement zumindest ein Peltier-Element und/oder zumindest eine Kältemaschine einsetzbar ist. Die Wärmeaustauschwirkung lässt sich somit mit hoher Genauigkeit einstellen, so dass die hiermit erzielte Aberrationskorrektur besonders zuverlässig sind.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Effusivquelle wärmeisoliert, vorzugsweise innerhalb der mediendichten Kavität, gelagert.
Diese Maßnahme führt zu einer sicheren Wärmeisolierung der Effusivquelle gegen die Umgebung. Es findet nahezu kein Wärmeaustausch zwischen den in der Effusivquelle befindlichen Teilchen und der Umgebung statt, so dass die Wärmeaustauschwirkung und damit einhergehend auch die Aberrationskorrektur vorteilhafterweise besonders präzise definiert und stabil ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die erste und/oder die zweite optische Komponente auf der Innenseite zumindest teilweise mit einem Material beschichtet, das eine höhere thermische Wechselwirkung mit den Teilchen des Teilchenstrahls als die Innenseite der mediendichten Kavität aufweist.
Mit Hilfe des oben genannten Materials ist die Energieübertragung zwischen dem Teilchenstrahl und der ersten und/oder zweiten optischen Komponente besonders wirksam. Außerdem wird der Wärme- beziehungsweise Kälteverlust zwischen dem Wärmeaustauschmedium und der ersten und/oder zweiten optischen Komponente verringert. Die Sicherheit und Effizienz der Aberrationskorrektur wird somit vorteilhafterweise weiter erhöht.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist in der mediendichten Kavität zumindest eine dritte optische Komponente, beispielsweise eine bewegliche optische Komponente, angeordnet, wobei zumindest eine Oberfläche der zumindest einen dritten optischen Komponente mit dem Teilchenstrahl beaufschlagbar ist.
Hierdurch erweitert sich die Heiz- und/oder Kühlwirkung des Wärmeaustauschmediums auf weitere optische Komponenten, so dass die Aberrationskorrektur des erfindungsgemäßen optischen Wellenfrontmanipulators weiter verbessert ist.
Ein erfindungsgemäßes Projektionsobjektiv für mikrolithographische Anwendungen weist zumindest einen optischen Wellenfrontmanipulator nach einer oder mehreren der vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen auf. Das Projektionsobjektiv kann beispielsweise in eine Projektionsbelichtungsanlage, insbesondere eine UV-, VUV- und/oder EUV-Projektionsbelichtungsanlage, eingesetzt, vorzugsweise integriert werden.
Eine erfindungsgemäße mikrolithografische Apparatur weist zumindest ein vorstehend beschriebenes Projektionsobjektiv auf. Die mikrolithografische Apparatur ist beispielsweise eine Projektionsbelichtungsanlage, insbesondere eine UV-, VUV- und/oder EUV-Projektionsbelichtungsanlage.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden mit Bezug auf diese hiernach beschrieben. Es zeigen:
1 einen schematischen Meridionalschnitt eines optischen Wellenfrontmanipulators gemäß eines Ausführungsbeispiels;
2 einen schematischen Meridionalschnitt eines optischen Wellenfrontmanipulators gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels;
3A eine schematische perspektive Darstellung einer Effusivquelle gemäß eines Ausführungsbeispiels;
3B–E einen Schnitt durch eine Ebene E1 in 3A;
4A eine schematische perspektive Darstellung eines Kapillararrays gemäß eines Ausführungsbeispiels;
4B einen Schnitt durch eine Ebene E2 in 4A;
5 eine schematische perspektive Darstellung einer Effusivquelle gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels;
6 eine schematische Darstellung einer aerodynamischen Linse gemäß eines Ausführungsbeispiels;
7 einen schematischen Meridionalschnitt eines mikrolithographischen Systems gemäß eines Ausführungsbeispiels;
8 eine schematische Darstellung einer Wärmeaustauscheinrichtung mit einer Kapillare und einer der Kapillare zugeordneten Absaugvorrichtung;
9 eine schematische Darstellung einer weiteren Wärmeaustauscheinrichtung mit mehreren Kapillaren und einer gemeinsamen Absaugvorrichtung;
10 eine schematische Schnittdarstellung einer weiteren Wärmeaustauscheinrichtung mit einem Array aus mehreren Absaugelementen und Kapillaren;
11 eine schematische Darstellung einer weiteren Wärmeaustauscheinrichtung, die eine Mehrzahl an Heizquellen aufweist;
12 eine schematische Darstellung eines optischen Wellenfrontmanipulators mit einem Spiegel und einer Wärmeaustauscheinrichtung; und
13 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Wirkprinzips des optischen Wellenfrontmanipulators in 12.
In 1 ist ein im Allgemeinen mit dem Bezugszeichen 10a versehener optischer Wellenfrontmanipulator in einem stark schematisierten, nicht maßstäblichen Meridionalschnitt gezeigt. Der optische Wellenfrontmanipulator 10a weist eine erste optische Komponente 12 und eine zweite optische Komponente 14 auf, wobei die erste und die zweite optische Komponente 12, 14 entlang einer optischen Achse 16 hintereinander angeordnet sind. Die erste optische Komponente 12 und/oder die zweite optische Komponente 14 kann eine Linse, ein Prisma, einen Spiegel und/oder ein Retikel/eine Maske und/oder ein anderes für die Mikrolithographie geeignetes optisches Element aufweisen. Die erste und/oder zweite optische Komponente 12, 14 kann im Fall der VUV-Mikrolithografie ein geeignetes Glas, insbesondere Quarzglas und/oder Fluor-Kronglas, aufweisen.
Die erste optische Komponente 12 weist eine erste Außenseite 18 und eine der ersten Außenseite 18 in Bezug auf die optische Achse 16 gegenüberliegende erste Innenseite 20 auf. Die zweite optische Komponente 14 weist eine zweite Außenseite 22 und eine der zweiten Außenseite 22 in Bezug auf die optische Achse 16 gegenüberliegende zweite Innenseite 24 auf. Zwischen der ersten Innenseite 20 und der zweiten Innenseite 24 ist eine mediendichte Kavität ausgebildet, die sich quer zur optischen Achse 16 zwischen einer ersten Endseite 28 einer ersten Endwand 30 und einer der ersten Endseite 28 gegenüberliegenden zweiten Endseite 32 einer zweiten Endwand 34 erstreckt. Die mediendichte Kavität 26 ist somit durch die erste und die zweite optische Komponente 12, 14 sowie die erste und die zweite Endwand 30, 34 definiert.
Im in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die erste Außenseite 18 und die erste Innenseite 20 als zueinander parallele ebene Flächen ausgebildet, was jedoch nicht einschränkend für die vorliegende Erfindung zu verstehen ist. Die erste Außenseite 18 und/oder die erste Innenseite 20 kann gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels eine nicht ebene, vorzugsweise zumindest teilweise gekrümmte Fläche, aufweisen, wobei die erste Außenseite 18 zumindest bereichsweise nicht parallel zur ersten Innenseite 20 ausgebildet sein kann. Außerdem kann der Abstand zwischen der ersten Außenseite 18 und der ersten Innenseite 20 zumindest bereichsweise variieren. Gleichermaßen gilt dies auch für die zweite optische Komponente 14. Die erste optische Komponente 12 und die zweite optische Komponente 14 können als identische oder unterschiedliche optische Komponenten ausgebildet sein.
Die erste und/oder die zweite Endwand 30, 34 können alternativ zum in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel asymmetrisch zur optischen Achse 16 angeordnet sein. Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels kann die erste und/oder die zweite Endwand 30, 34 jeweils als eine Gehäusewand eines Gehäuses, welches die erste und/oder die zweite optische Komponente 12, 14 aufweist oder diese umschließt, ausgebildet sein.
An der ersten Endseite 28 ist ein Medieneinlass 36 angeordnet, der zum Zuführen eines Wärmeaustauschmediums von außen in die mediendichte Kavität 26 dient. Der Medieneinlass 36 ist mit der mediendichten Kavität 26 fluidverbunden und weist zur Erzeugung zumindest eines Teilchenstrahls 38 aus dem Wärmeaustauschmedium eine Effusivquelle und/oder eine aerodynamische Linse auf. Wie in 1 gezeigt ist, tritt der Teilchenstrahl 38 aus dem Medieneinlass 36 aus und propagiert in der mediendichten Kavität 26, bis er zur ersten Innenseite 20 der ersten optischen Komponente 12 gelangt. Dort beaufschlagt der Teilchenstrahl 38 eine Wirkungsstelle 40 auf der ersten Innenseite 20 und wird dort diffus reflektiert oder gestreut. Der diffus reflektierte oder gestreute Teilchenstrahl 38 gelangt schließlich in einen Medienauslass 42 und tritt über diesen aus der mediendichten Kavität 26 aus. Der Medieneinlass 36 und der Medienauslass 42 bilden eine Wärmeaustauscheinrichtung 43.
An der Wirkungsstelle 40 findet ein Austausch der thermischen Energie zwischen dem Teilchenstrahl 38 und der ersten optischen Komponente 12 statt. Wenn die Temperatur des Teilchenstrahls 38 höher ist als die Temperatur der ersten optischen Komponente 12, insbesondere der ersten Innenseite 20, wird Wärme vom Teilchenstrahl 38 auf die erste Innenseite 20 und schließlich auf die erste optische Komponente 12 übertragen. Dadurch wird die erste optische Komponente 12 geheizt. Im umgekehrten Fall (Temperatur des Teilchenstrahls 38 niedriger als Temperatur der ersten optischen Komponente 12 beziehungsweise der ersten Innenseite 20) wird die erste optische Komponente 12 gekühlt.
Als Wärmeaustauschmedium kann gemäß eines Ausführungsbeispiels ein Gas, beispielsweise Wasserstoff (H₂), Stickstoff (N₂), Argon (Ar), Sauerstoff (O₂), Kohlendioxid (CO₂) und/oder Tetrafluoromethane (CF₄), eingesetzt werden. Alternativ kann auch ein flüssiges Wärmeaustauschmedium oder ein Flüssigkeit-Gasgemisch eingesetzt werden.
2 zeigt in einem schematischen Meridionalschnitt einen optischen Wellenfrontmanipulator 10b gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels. Der optische Wellenfrontmanipulator 10b weist die strukturellen Merkmale des optischen Wellenfrontmanipulators 10a in 1 auf, wobei der Medieneinlass 36 eine Düse 44 aufweist. Die Düse 44 ist vorzugsweise als eine Effusivquelle und/oder eine aerodynamische Linse ausgebildet, die in 3–6 näher beschrieben wird. Die Düse 44 steht mit einem Teilchenreservoir 50 in Fluidverbindung. Zwischen dem Teilchenreservoir 50 und der Düse 44 wird ein Ventil 52 über mehrere Fluidleitungen 54 geschaltet. Ein Hochdruckgenerator 56 ist zwischen dem Teilchenreservoir 50 und der Düse 44, vorzugsweise zwischen dem Teilchenreservoir 50 und dem Ventil 52, geschaltet, der die Teilchen aus dem Teilchenreservoir 50 mit einem Hochdruck, vorzugsweise über 1 bar, beaufschlagt. Mit Hilfe des Hochdruckgenerators 56 wird nur ein Teil der gesamten Teilchen aus dem Teilchenreservoir 50 mit dem Hochdruck beaufschlagt, so dass der erfindungsgemäße optische Wellenfrontmanipulator 10b vorteilhafterweise mit erhöhter Sicherheit ausgestaltet ist. Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels weist das Teilchenreservoir 50 den Hochdruckgenerator 56 auf, so dass die Teilchen im Teilchenreservoir mit dem Hochdruck beaufschlagt werden.
Zur Steuerung der Düse 44 ist ein Steuergerät 58 vorgesehen. Vorzugsweise ist das Steuergerät 58 in dem optischen Wellenfrontmanipulator 10b, weiter vorzugsweise in der ersten Endwand 30 integriert angeordnet. Weiter vorzugsweise ist das Steuergerät 58 über ein Verbindungselement 60 mit der Düse 44 mechanisch, elektrisch, elektronisch, optoelektronisch, mechatronisch und/oder thermisch verbunden. Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels dient das Steuergerät 58 zur variablen Einstellung eines Strahlquerschnittes des Teilchenstrahls 38. Dazu kann das Steuergerät 58 einen mikroelektronischen, einen mikroelektromechanischen (MEMS), einen mikrooptoelektromechanischen (MOEMS), einen nanoelektronischen, einen nanoelektromechanischen und/oder einen nanooptoelektromechanischen Sensor aufweisen.
Zur Einstellung des Strahlquerschnittes ist ferner ein bewegliches Element 62 vorgesehen, das vor der Düse 44 angeordnet ist. Das bewegliche Element ist vorzugweise als mechanischer Chopper ausgebildet. Alternativ ist das bewegliche Element dazu ausgelegt, den Teilchenstrahl 38 abzublenden, wobei der Strahlquerschnitt verändert, vorzugsweise die Strahlquerschnittsabmessung reduziert wird. Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels ist das bewegliche Element hinter der Düse 44 angeordnet. Das bewegliche Element 62 wird vorzugsweise durch das Steuergerät 58 gesteuert.
Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels ist die Temperatur des Teilchenstrahls 38 durch Kühlung und/oder Heizung der Düse 44 variabel einstellbar. Dazu weist das Steuergerät 58 zumindest ein Wärmeaustauschelement auf, das beispielsweise ein Peltier-Element und/oder eine mit einem Kühlmedium betriebenen Kältemaschine aufweist. Vorzugsweise werden die Fluidleitungen 54 und/oder weitere, das Wärmeaustauschmedium führende beziehungsweise -berührende Komponenten des optischen Wellenfrontmanipulators, insbesondere zumindest ein Gehäuse, Rohr und/oder Gitter der Düse 44, des Medieneinlasses 36 und/oder des Medienauslasses 42, mit dem zumindest einen Wärmeaustauschelement gekühlt und/oder geheizt. Vorzugsweise ist die Temperatur des Teilchenstrahls 38 mittels des Wärmeaustauschelementes so einstellbar, dass sie niedriger als die Temperatur der Umgebung ist. Für halbleiterbasierte Peltier-Kühler (TEC-Cooler) liegt die Temperaturdifferenz im Bereich von 30K bis 50K, was mit den technischen Möglichkeiten von solchen Wärmeaustauschelementen zusammenhängt, die sich sehr klein und leicht bauen lassen. Unter dem Begriff "Umgebung" ist in Bezug auf den Teilchenstrahl 38 beziehungsweise die Teilchen insbesondere eine oder mehrere Komponenten des optischen Wellenfrontmanipulators 10b und/oder eine oder mehrere Komponenten zwischen dem Medieneinlass und einschließlich des Teilchenreservoirs 50 zu verstehen. Das für die Kältemaschine verwendete Kühlmedium kann das dem Teilchenstrahl 38 zugrunde liegende Wärmeaustauschmedium und/oder zumindest ein anderes gasförmiges und/oder flüssiges Medium aufweisen.
Zur Evakuierung der mediendichten Kavität 26 ist eine Pumpe 64, insbesondere eine Vakuumpumpe, über eine Pumpleitung 66 am Medienauslass 42 angeschlossen. Vorzugsweise lässt sich mit Hilfe der Pumpe 64 ein Druck in der mediendichten Kavität 26 im Bereich zwischen 1 mbar und 10 mbar, weiter vorzugsweise zwischen 0,01 mbar und 1 mbar erzeugt werden. Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels lässt sich mit der Pumpe 64 und/oder dem Steuergerät 58 eine Knudsen-Zahl in der Umgebung, vorzugsweise in der mediendichten Kavität 26, von über 2, weiter vorzugsweise über 10, einstellen. Vorteilhafterweise lässt sich somit ein effusiver Teilchenstrahl besonders einfach und zuverlässig bewerkstelligen. Ferner herrscht in der evakuierten mediendichten Kavität 26 eine wärmeisolierte Umgebung, in der das Verhalten des effusiven Teilchenstrahls 38 besonders stabil ist. Des Weiteren ist die Wechselwirkung zwischen den einzelnen Teilchen des Teilchenstrahls 38 und/oder zwischen dem Teilchenstrahl 38 und der Umgebung stark reduziert. Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels ist ein Druckmess- und/oder -anzeigegerät zur Messung und/oder Anzeige des in der mediendichten Kavität 26 herrschenden Drucks vorgesehen. Vorzugsweise ist das Druckmessgerät und/oder das Druckanzeigegerät in der Pumpleitung 66 zwischen dem Medienauslass 42 und der Pumpe 64 angeordnet. Das Druckmessgerät kann einen Drucksensor, insbesondere einen Passivdrucksensor, einen Relativdrucksensor, einen Absolutdrucksensor und/oder einen Differentialdrucksensor aufweisen. Denkbar sind auch Ionisationsvakuummeter, Wärmeleitungsvakuummeter, piezoelektrischer Drucksensor, usw. Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels dient das Steuergerät 58 dazu, eine Strahlrichtung des Teilchenstrahls 38 variabel einzustellen. Dazu weist das Steuergerät 58 vorzugsweise ein Piezoelement auf, das mit einer elektrischen Spannung angetrieben wird und eine Lageverstellung und/oder eine Rotation der Düse 44 ermöglicht. Denkbar in diesem Zusammenhang ist auch ein magnetisches, ein ferromagnetisches, ein ferroelektrisches, ein ferroisches und/oder ein multiferroisches Element und/oder eine beliebige Kombination aus denselben. Mit Hilfe des Steuergerätes 58 kann somit die Ausrichtung des Teilchenstrahls 38 und folglich auch die Lage der Wirkungsstelle 40 auf der ersten Innenseite 20 gezielt eingestellt beziehungsweise variiert werden.
Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels ist das Steuergerät 58 derart ausgelegt, um die Austrittslage des Teilchenstrahls 38 variabel einzustellen. Vorzugsweise ist der Medieneinlass 36, insbesondere die Düse 44, mit Hilfe des Steuergerätes 58 an der ersten Endseite 28 in zumindest einer Richtung, vorzugsweise parallel zur optischen Achse 16, lageverstellbar.
Im in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel steht die Düse 44 des Medieneinlasses 36 über die erste Endseite 28 hervor, wobei sich die gesamte Düse 44 aufgrund der evakuierten mediendichten Kavität 26 in einer Vakuumumgebung befindet. Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels ist die Düse 44 komplett innerhalb der ersten Endwand 30 gelagert und ragt nicht in die mediendichte Kavität 26 hinein, wobei die Fluidverbindung zwischen der Düse 44 und dem Innenraum der mediendichten Kavität 26 gewährleistet ist.
Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels ist die erste und/oder die zweite Innenseite 20, 24 mit einem Material beschichtet, das eine höhere thermische Wechselwirkung mit den Teilchen des Teilchenstrahls aufweist als die erste und/oder die zweite Innenseite 20, 24. Es kann sich hierbei vorzugweise um ein Material handeln, dessen thermischer Akkommodationskoeffizient höher als der der ersten und/oder der zweiten optischen Komponente 12, 14, insbesondere der ersten und/oder zweiten Innenseite 20, 24 ist. Vorzugsweise ist die erste und/oder die zweite optische Komponente 12, 14 mit einer Dünnschicht aus dem oben genannten Material versehen.
Zur EDV-basierten Steuerung von zumindest einer der oben genannten Komponenten des optischen Wellenfrontmanipulators sowie der zusätzlichen Komponenten ist eine Computerkontrolleinheit 68 vorgesehen, die einen Rechner 70 aufweist, der über zumindest einen Kommunikationskanal 72 (als gestrichelte Linien dargestellt) mit dem Teilchenreservoir 50, dem Steuergerät 58, dem Ventil 52, dem Hochdruckgenerator 56 und/oder der Pumpe 64 elektronisch verbunden ist. Mit Hilfe der Computerkontrolleinheit 68 lässt sich zumindest ein Parameter zeitlich konstant oder variabel einstellen. Beispielsweise lässt sich die Temperatur und/oder der Druck im Teilchenreservoir 50, im Hochdruckgenerator 56 und/oder einer oder mehreren Komponenten der mediendichten Kavität 26 zeitlich konstant oder variabel einstellen. Weiter vorzugsweise lässt sich der Strahlquerschnitt, -richtung, -austrittslage, -temperatur und/oder die Geschwindigkeit, die Dichte, der Druck, die Flussrate der Teilchen im Teilchenstrahl 38 zeitlich konstant oder variabel einstellen. Beispielsweise lässt sich ein oder lassen sich mehrere der vorgenannten Parameter zeitlich variieren, wobei in einem ersten Zeitabschnitt ein erster Wert und in einem zweiten Zeitabschnitt ein vom ersten Wert verschiedener zweiter Wert für den einen oder mehrere Parameter gewählt ist.
Die Düse 44 weist gemäß eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eine Effusivquelle 73 auf. Vorzugsweise ist die Effusivquelle 73 als eine Kapillaranordnung 74 ausgebildet, die zumindest eine Kapillare 76 aufweist. 3A zeigt eine derartige Kapillare 76 in einer perspektivischen Ansicht. Die Kapillare 76 weist eine Längserstreckung mit einer Länge L auf, die vorzugsweise kleiner als oder vergleichbar mit der mittleren freien Weglänge λ des Wärmeaustauschmediums ist. Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels liegt die Länge L der Kapillare 76 im Bereich von 50 µm bis 1 mm, wobei eine noch kleinere Länge denkbar ist. Die Kapillare 76 weist einen im Wesentlichen geraden Verlauf auf. Alternativ kann die Kapillare 76 an zumindest einer Stelle ihrer Längserstreckung gekrümmt ausgebildet sein kann.
Die Kapillare 76 weist ferner eine Querschnittsabmessung d auf, die vorzugsweise kleiner als die mittlere freie Weglänge λ des Wärmeaustauschmediums ist. Gemäß eines bevorzugten Ausführungsbeispiels liegt die Querschnittsabmessung d im Bereich von 1 µm bis 50 µm. Die Querschnittsabmessung d bezieht sich auf einen Querschnitt in einer zu einer Längsrichtung 78 im Wesentlichen querverlaufenden, die Kapillare 76 durchschneidenden Querschnittsebene E1 (als gestrichelte Linien dargestellt). Es sei angemerkt, dass die in 3A dargestellte Querschnittsebene E1 lediglich der Veranschaulichung dient, wobei ihre Lage innerhalb der Längenerstreckung der Kapillare 76 beliebig verschoben sein kann.
Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels ist die Düse 44 derart angeordnet, dass der Abstand zwischen ihrem von der ersten Endseite 28 abgewandten Ende und der Wirkungsstelle 40 weniger als 5 mm, vorzugsweise weniger als 1 mm beträgt. Dies reduziert negative Auswirkungen einer Divergenz des Teilchenstrahls 38, wobei Stöße innerhalb des Teilchenstrahls 38 dadurch ebenfalls verringert sind.
Die in 3A gezeigte Kapillare 76 weist eine zylindrische Form auf, die einen kreisförmigen Querschnitt 82 (als gestrichelte Linien dargestellt) aufweist, der in 3B in einer Draufsicht gezeigt ist. Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels weist die Kapillare 76 einen eckigen Querschnitt 84, einen hexagonalen Querschnitt 86 oder einen oktagonalen Querschnitt 88 auf, wie in 3C–E gezeigt ist. Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels weist die Kapillare 76 einen Querschnitt auf, der sich entlang der Längsrichtung 78 innerhalb der Längserstreckung zumindest teilweise variiert und verschiedene Querschnittsabmessungen und/oder verschiedene Querschnittsformen annimmt. Die Querschnittsabmessung d des kreisförmigen Querschnittes 82 entspricht dem Durchmesser desselben. Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels entspricht die Querschnittsabmessung d einer Seite und/oder einer Diagonale eines oder mehrerer der Querschnitte 84, 86, 88.
Die erfindungsgemäße Kapillare 76 ermöglicht vorteilhafterweise die Erzeugung eines effusiven Teilchenstrahls 38. Die dem Teilchenstrahl 38 zugrundeliegenden Teilchen verhalten sich derart, dass Wechselwirkungen, beispielsweise Stöße, zwischen den einzelnen Teilchen innerhalb der Kapillare 76 und/oder nach dem Austritt aus der Kapillare 76 stark reduziert ist. Dies liegt daran, dass die Querschnittsabmessung d und/oder die Länge L der Kapillare 76 kleiner und/oder vergleichbar ist mit der mittleren Länge λ, innerhalb derer ein Stoß zwischen den Teilchen des Wärmeaustauschmediums und/oder zwischen diesen und fremden Teilchen der Umgebung, beispielsweise nicht vollständig evakuierter Luft in der mediendichten Kavität 26, des Medieneinlasses 36, des Medienauslasses 42 und/oder der Fluidleitung 54, stattfindet. Somit beeinflusst der Austritt der Teilchen nicht den Zustand der Teilchen innerhalb der Kapillare 76. Die Geschwindigkeits- und die Energieverteilung der internen Freiheitsgrade (beispielsweise Schwingungen und Rotation) der Teilchen entsprechen mit hoher Übereinstimmung der Maxwell-Boltzmann-Verteilung. Das Verhalten des Teilchenstrahls 38 lässt sich folglich auf vereinfachte Weise beschreiben beziehungsweise vorhersagen, was sich besonders vorteilhaft auf eine präzise Steuerung der Wärmeaustauschwirkung und leistung und schließlich der hiermit erzielbaren Aberrationskorrektur auswirkt.
Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels ist die Kapillare 76 in einem für das Wärmeaustauschmedium stoßarmen Modus und/oder einem für das Wärmeaustauschmedium stoßbehafteten Modus betreibbar. Im stoßarmen Modus ist die Kapillare 76 in Bezug auf Stöße für die Teilchen im Wesentlichen "transparent", während die Kapillare 76 im stoßbehafteten Modus für die Teilchen "opak" ist. Für den transparenten Modus ist die Kapillare 76 derart ausgebildet, dass folgende Beziehung zwischen der mittleren freien Weglänge λ des Wärmeaustauschmediums, der Länge 76 L sowie der Querschnittsabmessung d der Kapillare 76 erfüllt ist: λ >> L >> d (1)
Die obige Formel (1) bedeutet, dass die mittlere freie Weglänge des Wärmeaustauschmediums zumindest um einen Faktor von 10 größer als die Länge der Kapillare 76 ist, während Letztere ebenfalls zumindest um einen Faktor von 10 größer als die Querschnittsabmessung der Kapillare 76 ist. Somit kann ein Teilchenstrahl 38 erzeugt werden, dessen einzelne Teilchen miteinander nicht oder kaum wechselwirken, insbesondere aufeinander stoßen.
Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels lässt sich die Flussrate der Teilchen des Teilchenstrahls 38, die nachfolgend mit R bezeichnet wird, gemäß der Theorie aus 'Molecular Beam Formation by Long Parallel Tubes, Giordmaine et al., Journal of Applied Physics, 31, 463–471 (1960)' beschreiben:
Hierbei bezeichnet n₀ die Teilchendichte, c die thermische Teilchengeschwindigkeit. Die Formel (2) bezieht sich auf den gesamten Gasfluss durch die Kapillare, wobei über den Halbraum integriert wird. Zur Berechnung der Wärmeaustauschleistung P pro Flächeneinheit A wird zusätzlich die Intensität, nämlich die auf das Raumwinkelelement bezogene Flussdichte, benötigt. Die Intensität auf der Kapillarachse ist: I(O) = n₀·c·(d/2)²/4 (3)
Die obige Intensität ist unabhängig von der Länge der Kapillare. Die Intensität ergibt, nachdem sie mit der Energie pro Teilchen multipliziert und auf das Abstandsquadrat zwischen der Kapillare und der zu kühlenden Fläche normiert worden ist, die maximale Kühlleistung pro Flächeneinheit:
Hierbei bezeichnet D den Abstand zwischen der Kapillare 76, insbesondere deren Austrittsende, und der ersten und/oder zweiten Innenseite 20, 24. f bezeichnet die Anzahl der Freiheitsgrade der Teilchen. k_B bezeichnet die Boltzmann-Konstante und ∆T die Temperaturdifferenz zwischen dem Teilchenstrahl 38 und der ersten und/oder zweiten Innenseite 20, 24. Bei Winkeln geringfügig abweichend von der Kapillarachse fällt die Intensität drastisch ab. Bei Kapillararrays ist eine numerische Berechnung der maximal erzielbaren Kühlleistung erforderlich, wobei diese sich nicht aus Multiplizieren der Formel (4) mit der Anzahl von Kapillaren ergibt.
Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels weist die Kapillaranordnung 74 mehrere Kapillaren 76 auf, wobei die Anzahl der Kapillaren 76 je nach Benutzeranforderung variieren und bis zu mehreren Millionen betragen kann. 4A zeigt in einer perspektivischen Ansicht eine derartige, als Array aus Kapillaren 76 ausgebildete Kapillaranordnung 74, bei der die Kapillaren 76, die zylinderförmig ausgebildet sind, in der Längsrichtung 78 parallel zueinander angeordnet sind. Ferner sind die Kapillaren 76 seitlich voneinander beabstandet angeordnet. Bei der in 4A dargestellten Kapillaranordnung 74 sind die Kapillaren 76 bezüglich einer zur Längsrichtung 78 im Wesentlichen querverlaufenden Querschnittsebene E2 im Wesentlichen quadratisch angeordnet, wie einer Draufsicht in 4B zu entnehmen ist, die einen Teil der Kapillaren 76 aus 4A zeigt. Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels sind die Kapillaren 76 in Bezug auf die Querschnittsebene E2 dreieckig, hexagonal, oktagonal und/oder sonstig regulär oder irregulär angeordnet. Der seitliche Abstand zwischen den benachbarten Kapillaren 76 ist vorzugsweise variierbar. In 4A–B weisen die Kapillaren 76 jeweils einen kreisförmigen Querschnitt 82 auf, wobei dies nicht als einschränkend für die vorliegende Erfindung zu verstehen ist und zumindest eine Kapillare 76 einen anderen Querschnitt, vorzugsweise einen viereckigen, quadratischen, hexagonalen und/oder oktagonalen Querschnitt 84, 86, 88 aufweisen kann.
Zumindest eine Kapillare 76 der Kapillaranordnung 74 ist vorzugsweise als freistehende Röhre ausgebildet. Die Kapillare 76 kann zumindest einen in der Mikrolithographie üblichen Werkstoff wie Kunststoff, Metall, Metallverbindungen, Oxide, Halbleiter, Glas und/oder deren Kombinationen aufweisen. Die Wandstärke der Kapillare 76 ist vorzugsweise variierbar. Vorteilhafterweise können auf dem Gebiet der Mikrosystemtechnik und/oder Halbleitertechnik etablierten Werkstoffverarbeitungsverfahren hierzu eingesetzt werden, um die Kapillare 76 mit hoher Genauigkeit und Zuverlässigkeit hinsichtlich der miniaturisierten Abmessungen herzustellen.
Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels weist die Kapillaranordnung 74 eine Plattenanordnung 92 mit zumindest einer Platte 94 auf, wie in 5 gezeigt ist. Die eine Platte 94 weist vorzugsweise eine Glasplatte auf, wobei auch andere Werkstoffe, beispielsweise Metall, Metallverbindungen, Oxide, Halbleiter und/oder Kunststoff eingesetzt werden können. Vorzugsweise ist die Plattenanordnung 92 als eine Mikrokanalplatte (MCP) ausgebildet. Mikrokanalplatten weisen eine Vielzahl von Mikrokanälen auf, durch die die Teilchenstrahlen durchtreten können.
Es versteht sich, dass die Kapillaren 76 gemäß eines der im Zusammenhang mit 3A–4B erläuterten Ausführungsbeispiele ausgebildet sein können. Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels sind die Mikrokanäle der Mikrokanalplatte als Bohrungen ausgebildet. Die Mikrokanäle erstrecken sich vorzugsweise von einer ersten Plattenseite 96 bis zu einer der ersten Plattenseite bezüglich einer Längsachse 98 gegenüberliegenden zweiten Plattenseite 100. Die Platte 94 weist in Bezug auf die Längsachse 98 eine zylindrische Form auf. Die Mikrokanäle können durch Ätzen, insbesondere nasschemisches Ätzen, Ionenätzen, Plasmaätzen, Fokusionenstrahl (FIB) und/oder weitere auf dem Gebiet der Mikrosystemtechnik, Halbleitertechnik und Glasverarbeitungstechnik etablierten Verfahren geformt werden. Die Querschnittsfläche der Platte 94 beträgt vorzugsweise nicht mehr als 100 mm².
Der Plattenanordnung 92 ist vorzugsweise ein Strahlgenerator 102 vorgeschaltet, der über ein Gehäuse 104 mit der Plattenanordnung 92 in mechanischem Kontakt sowie in Fluidverbindung steht. Der Strahlgenerator 102 dient vorzugsweise dazu, Teilchen (durch einen Pfeil 106 angedeutet) aus dem Teilchenreservoir 50 anzunehmen und aus den angenommenen Teilchen eine Vielzahl von Teilchenstrahlen 38 zu formen, die in die mehreren Kapillaren 76 gelangen und aus diesen unter effusiven Bedingungen wieder austreten. Es versteht sich, dass der Querschnitt des Gehäuses 104 und/oder des Strahlgenerators 102 beliebig variierbar ist. Es versteht sich ferner, dass ein derartiger Strahlgenerator 102 auch einer Kapillaranordnung 74 oder einer Plattenanordnung 92 mit einer einzigen Kapillare 76 vorgeschaltet werden kann. Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels wirkt der Strahlgenerator 102 mit dem Steuergerät 58 in 2 derart zusammen, dass der Querschnitt des durch den Strahlgenerator 102 erzeugten Teilchenstrahls 38 in weiten Grenzen, insbesondere zeitlich variierbar ist. Vorzugsweise kann der Querschnitt des aus den einzelnen Kapillaren 76 austretenden Teilchenstrahls 38 beliebig und individuell variiert werden. Vorteilhafterweise kann hiermit eine flexibel und vielfältig einstellbare Wärmeaustauschwirkung auf der ersten und/oder zweiten optischen Komponente 12, 14 realisiert werden. Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels lässt sich die Temperatur der Plattenanordnung 92, des Gehäuses 104 und/oder des Strahlgenerators 102 mittels des Steuergerätes 58 variabel einstellen. Weiter vorzugsweise lässt sich die Temperatur der einzelnen Kapillaren 76 individuell einstellen. Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels weist das Steuergerät 58 zumindest eine Komponente auf, die innerhalb der Plattenanordnung 92, des Gehäuses 104 und/oder des Strahlgenerators 102 angeordnet ist und dort eine Einstellung der Teilchenstrahlen 38 bewirkt. Die Teilchen 106 können außerdem einem Teil der Kapillaren 76 der Plattenanordnung 92 zugeführt werden, so dass nur über diesen Teil der Kapillaren 76 jeweils ein Teilchenstrahl 38 erzeugt wird.
Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels lässt sich die Wärmeaustauschleistung der Kapillaranordnung 74 bzw. des Kapillararrays auf Grundlage der Formel (4) wie folgt beschreiben:
Hierbei beschreibt S einen Umrechnungsfaktor, der mit der Anzahl der Kapillaren 76 des Kapillararrays zusammenhängt. Aus der Formel (5) ist ersichtlich, dass die Wärmeaustauschleistung der Effusivquelle 73 durch die aus Array ausgebildete Kapillaranordnung 74 geändert, vorzugsweise erhöht werden kann.
Die Düse 44 weist gemäß eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels eine aerodynamische Linse 107 auf, die in 6 schematisch gezeigt ist. Die aerodynamische Linse 107 weist eine Vorkammer 108 und eine Blendenkammer 110 auf, in der mehrere Blenden 112 in einer Kammerlängsrichtung 114 voneinander beabstandet angeordnet sind. Die Abstände zwischen den benachbarten Blenden 112 sind vorzugsweise gleich, wobei unterschiedliche Abstände auch denkbar sind. Die Blenden 112 weisen jeweils eine Blendenöffnung 116 auf, die für alle Blenden 112 bezüglich der Größe und/oder der Form gleich oder unterschiedlich ausgebildet ist. Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels nimmt die Größe der Blendenöffnung 116 entlang der Kammerlängsrichtung 114 zu oder ab. Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels weisen die Blenden 112 entlang der Kammerlängsrichtung 114 eine abwechselnde Querschnittsform, vorzugweise ausgewählt aus zumindest zwei der Querschnitte 82, 84, 86, 88 aus 3B, auf.
Im Betrieb werden die Teilchen aus dem Teilchenreservoir 50 (durch einen Pfeil 119 angedeutet) über eine Vorkammeröffnung 118 der Vorkammer 108 zugefügt und treffen als Teilchenstrom auf eine erste Blende 112a. Dabei werden die Teilchen vom Teilchenstrom mitgeführt. Je nach Dichte und Größe der Teilchen werden diese durch die Blendenöffnung 116 hindurchtreten, oder an der die Blendenöffnung 116 umgebenden Blendenwand 117 deponieren. Nach dem Durchtritt der nachfolgenden Blenden 112 wird der Teilchenstrom vorzugsweise immer weiter fokussiert, so dass sich der Querschnitt des Teilchenstroms sukzessiv verringert und schließlich beim Austritt aus der letzten Blende 112b ein Teilchenstrahl mit einer stark reduzierten Strahlquerschnittsabmessung zustande kommt. Gemäß eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beträgt die Strahlquerschnittsabmessung des austretenden Teilchenstrahls weniger als 100 µm, vorzugsweise weniger als 50 µm, weiter vorzugsweise weniger als 10 µm. Vorteilhafterweise dient die aerodynamische Linse 107 als Teilchenkollimator, der einen Teilchenstrahl mit einem entlang seiner Propagierungstrajektorie homogenen und minimierten Querschnitt bewerkstelligt.
Gemäß eines bevorzugten Ausführungsbeispiels lässt sich die Temperatur der Vorkammer 108, der Blendenkammer 110 und/oder zumindest einer Blende 112 mit Hilfe des Steuergerätes 58 in 2 variabel einstellen. Weiter vorzugsweise wird ein gerichteter Teilchenstrahl aus Tröpfchen beziehungsweise Clustern der Teilchen, insbesondere Moleküle, mit Hilfe der aerodynamischen Linse 107 erzeugt. Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels beträgt die Größe der Blendenöffnung 116 weniger als 500 µm, vorzugsweise weniger als 100 µm, weiter vorzugsweise weniger als 10 µm.
7 zeigt eine Projektionsbelichtungsanlage 120, die ein Beleuchtungssystem 122 und ein Projektionsobjektiv 124 aufweist. Das Beleuchtungssystem weist eine Lichtquelle 126 und eine Beleuchtungsoptik auf. Die Lichtquelle 126 ist dafür ausgelegt, um Licht aus dem optischen Spektrum, vorzugsweise aus dem blauen Anteil des optischen Spektrums, zu verwenden. Gemäß eines bevorzugten Ausführungsbeispiels verwendet die Lichtquelle 126 UV-, VUV- und/oder EUV-Licht. Die Beleuchtungsoptik weist zumindest ein optisches Element, beispielsweise eine oder mehrere Linsen, Spiegel und/oder Prismen auf, um das von der Lichtquelle 126 erzeugte Licht in Richtung des Projektionsobjektivs 124 zu leiten.
Das Projektionsobjektiv 124 weist mehrere optische Elemente, hier Linsen L1–L4, auf. Es versteht sich, dass die Anzahl optischer Elemente nicht auf vier beschränkt ist, wobei sie größer als zehn sein kann. Zwischen einer Linse L1 und einer Linse L2 ist ein optischer Wellenfrontmanipulator 10c gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels angeordnet. Der optische Wellenfrontmanipulator 10c weist an der ersten Endwand 30 und an der zweiten Endwand 34 jeweils einen Medieneinlass 36 und einen Medienauslass 42 auf, wobei die Medieneinlässe 36 zusammen mit den Medienauslässen 42 durch die gestrichelten Linien sowie die Pfeile gezeigte Verläufe der Teilchenstrahlen 38 ermöglichen. Es versteht sich, dass die hier gezeigten Teilchenstrahlen 38 lediglich zur Veranschaulichung dienen und nicht maßstabgetreu sind. Außerdem versteht es sich, dass die Anzahl der Medieneinlässe 36 und/oder der Medienauslässe 42 an der ersten Endwand 30 und/oder der zweiten Endwand 34 sowie deren Zusammenwirkungsweise je nach Anwendungsanforderungen variierbar beziehungsweise anpassbar ist. Es versteht sich, dass anstelle des in 7 gezeigten optischen Wellenfrontmanipulators 10c ein optischer Wellenfrontmanipulator gemäß eines weiteren der hierin offenbarten Ausführungsbeispiele in die Projektionsbelichtungsanlage 120 eingesetzt werden kann.
Die erste Endwand 30 und die zweite Endwand 34 sind jeweils als eine Gehäusewand eines ersten Manipulatorgehäuses 128 beziehungsweise eines zweiten Manipulatorgehäuses 130 ausgebildet. Jedem der beiden Medienauslässe 42 ist jeweils eine Pumpe 64 zugeordnet, die durch die Computerkontrolleinheit 68 steuerbar ist. Die Computerkontrolleinheit 68 ist über die Kommunikationskanäle 72 mit dem ersten und/oder mit dem zweiten Manipulatorgehäuse 128, 130 verbunden, um eine Steuerung gemäß der Beschreibung zur 2 zu realisieren. Es versteht sich, dass das erste und/oder das zweite Manipulatorgehäuse 128, 130 eine oder mehrere in 2 gezeigten Komponenten, insbesondere das Teilchenreservoir 50, das Ventil 52, das Steuergerät 58, das bewegliche Element 62 und/oder den Hochdruckgenerator 56, aufweisen kann, wobei diese Komponenten durch die Computerkontrolleinheit 68 steuerbar sind.
Zwischen dem Beleuchtungssystem 122 und dem Projektionsobjektiv 124 ist ein Retikel 132 angeordnet, auf dem mehrere Strukturen 134, insbesondere Mikro- und/oder Nanostrukturen, aufgebracht sind. Eine vergrößerte Ansicht der Strukturen 134 ist in 7 dargestellt, wobei die dazugehörigen gestrichelten Linien lediglich zur Veranschaulichung dienen und keinerlei funktionale Bedeutung tragen. Das Retikel 132 wird durch eine Retikelhalterung 138 gestützt, die eine Öffnung zum Durchlassen von Lichtstrahlen 135, die von der Lichtquelle emittiert werden und dem Bereich der Strukturen 134 durchtreten, freilässt. Es versteht sich, dass die hier dargestellten Linien für die Lichtstrahlen 135 lediglich zur Veranschaulichung dienen und nicht den wirklichen Verlauf des Lichtes zeigen.
Der optische Wellenfrontmanipulator 10c ist derart angeordnet, dass die Strukturen 134 des Retikels 132 im Wesentlichen in einer Objektebene 136 liegen, wobei die erste Außenseite 18 der ersten optischen Komponente 12 im Wesentlichen in einer ersten Pupillenebene 140 liegt. Die Lichtstrahlen 135 treten durch den optischen Wellenfrontmanipulator 10c hindurch, wobei die Wellenfronten der Lichtstrahlen 135 durch den optischen Wellenfrontmanipulator 10c manipuliert, insbesondere gezielt korrigiert werden. Danach gelangen die Lichtstrahlen 135 zur Linse L2 in einer Zwischenbildebene 142. Nach dem Durchtreten einer Linse L3 gelangen die Lichtstrahlen 135 in eine zweite Pupillenebene 144.
Nach dem Durchtreten einer Linse L4 treten die Lichtstrahlen 135 aus dem Projektionsobjektiv 124 aus und gelangen in einem Substrat 146 auf seiner dem Projektionsobjektiv 124 zugewandten Seite 148, die im Wesentlichen in einer Bildebene 150 liegt. Die Seite 148 des Substrates 146 ist mit einem lichtempfindlichen Material 149 beschichtet. Vorzugsweise weist das lichtempfindliche Material 149 einen Fotolack, insbesondere eine oder mehrere Polymere, beispielsweise Polymethylmethacrylat (PMMA), Novolak, Polymethylglutarimid, und/oder Epoxidharze wie SU-8 und/oder Lösungsmittel wie Cyclopentanon oder Gamma-Butyrolacton auf. Die Lichtstrahlen wechselwirken lokal, d.h. dort, wo sie das lichtempfindliche Material 149 beaufschlagen, mit demselben. Dabei werden die molekularen Eigenschaften des lichtempfindlichen Materials 149 lokal derart verändert, dass dieses lokal durch ein Lösungsmittel, insbesondere einen Entwickler, entfernbar ist. Alternativ kann die Haftung des lichtempfindlichen Materials 149 auf der Seite 148 des Substrates 146 nach der lokalen Wechselwirkung mit den Lichtstrahlen 135 verstärkt, so dass die nicht von den Lichtstrahlen 135 beaufschlagten Bereiche des lichtempfindlichen Materials 149 durch den Entwickler lösbar sind.
Das Substrat 146 wird durch einen Tisch 152 getragen. Vorzugsweise ist das Retikel 132 und/oder das Substrat 146 mit Hilfe der Computerkontrolleinheit 68 entlang zumindest einer Richtung, vorzugsweise der optischen Achse 16, lageverstellbar und/oder um diese drehbar. Hierzu kann der Tisch 152 und/oder die Retikelhalterung 138 zumindest ein mechatronisches Stellelement, beispielsweise ein Piezoelement und/oder einen Lorentz-Motor aufweisen oder mit dem Piezoelement und/oder dem Lorentz-Motor zusammenwirken. Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels kann zumindest eine der Linsen L1–L4 entlang zumindest einer Richtung, insbesondere der optischen Achse 16, lageverstellt und/oder um diese rotiert werden. Dies ermöglicht neben dem optischen Wellenfrontmanipulator 10c eine weitere Möglichkeit, Aberrationen zu korrigieren.
Vorzugsweise ist das Retikel 132 mit Hilfe der Retikelhalterung 138 in zumindest einer Richtung bewegbar. Weiter vorzugsweise ist das Retikel 132 zwischen der ersten optischen Komponente 12 und der zweiten optischen Komponente 14 angeordnet, so dass das Retikel 132 in der mediendichten Kavität 26 bewegbar ist und seine mehreren Oberflächen mit den Teilchen der Teilchenstrahlen 38 beaufschlagbar sind. Die erste optische Komponente 12 ist vorzugsweise eine Linse, die vom Retikel 132 ausgehend in Richtung zum Beleuchtungssystem 122 hin die erste Linse des Beleuchtungssystems 122 ist. Die zweite optische Komponente 14 ist vorzugsweise eine Linse, die vom Retikel 132 ausgehend in Richtung zum Projektionsobjektiv 124 hin die erste Linse des Projektionsobjektivs 124 ist. Die Teilchenstrahlen 38 können auf das Retikel 132, die erste und die zweite optischen Komponente 12, 14, insbesondere auf vier Oberflächen, beispielsweise die erste und die zweite Innenseite 20, 24 (1) sowie zwei Oberflächen des Retikels 132, gerichtet werden.
In 8 ist eine beispielhafte Wärmeaustauscheinrichtung 153 in einer perspektivischen Darstellung schematisch gezeigt. Wie in 8A zu sehen, weist die Wärmeaustauscheinrichtung 153 eine Kapillare 76 als Medieneinlass und eine Absaugvorrichtung 154 als Medienauslass auf, wobei die Absaugvorrichtung 154 rohrförmig und in einer Längsrichtung der Kapillare 76 diese umschließend angeordnet, so dass die Kapillare 76 in einem Rohrinnenraum der Absaugvorrichtung 154 gelagert ist. Die Wärmeaustauscheinrichtung 153 ist aus Übersichtlichkeitsgründen hier nicht vollständig gezeigt. Durch die Kapillare 76 kann ein Teilchenstrahl aus Wärmeaustauschteilchen fließen, wobei hier ein Wärmeaustauschteilchen 39 illustrativ gezeigt ist. 8B zeigt eine schematische Schnittdarstellung der Wärmeaustauscheinrichtung 153 durch eine Schnittebene E3 in 8A.
Die Wärmeaustauscheinrichtung 153 ist einer Innenseite 158 einer optischen Komponente 156 zugewandt angeordnet, so dass die Wärmeaustauschteilchen 39 auf die Innenseite 158 gerichtet aus der Kapillare 76 austreten und auf die Innenseite 158 auftreffen können. Danach werden die Wärmeaustauschteilchen 39 von der Absaugvorrichtung 154 wieder aufgefangen und durch eine an die Absaugvorrichtung 154 angeschlossene Vakuumpumpe (hier nicht gezeigt) abgepumpt.
In 9 ist eine weitere Wärmeaustauscheinrichtung 153' schematisch gezeigt, die analog zur in 8 gezeigten Wärmeaustauscheinrichtung 153 ausgebildet ist, wobei nicht nur eine einzige Kapillare 76, sondern eine Mehrzahl an Kapillaren 76 entlang der Längsrichtung im Rohrinnenraum gelagert sind. 9B zeigt eine Schnittdarstellung der Wärmeaustauscheinrichtung 153' durch eine Schnittebene E4 in 9A.
In 10 ist eine Schnittdarstellung einer weiteren Wärmeaustauscheinrichtung 153" quer zur Längsrichtung (senkrecht zur Zeichenebene) der Kapillare 76a, b schematisch gezeigt. Die Wärmeaustauscheinrichtung 153" weist ein Array aus einer Mehrzahl an Absaugelementen 154a, b auf, wobei jedem Absaugelement 154a, b genau eine Kapillare 76 zugeordnet ist. Somit ist auch ein Array aus Kapillare-Absaugelement-Paaren ausgebildet. Jedes Kapillare-Absaugelement-Paar ist analog zur Wärmeaustauscheinrichtung 153 in 8B ausgebildet. Das Array weist ferner mehrere Arraysegmente 155, 157 mit mehreren Absaugelementen 154a, b auf.
11 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung einen Grundkörper 159' analog zum in 11 gezeigten Grundkörper 159. Im Grundkörper 159' ist eine Wärmeaustauscheinrichtung 153"' gelagert, die analog zu in 10 gezeigten Wärmeaustauscheinrichtung 153" als Array ausgebildet ist. Auf der Oberseite 161 des Grundkörpers 159' sind mehrere Heizquellen 162 zum Beaufschlagen der Innenseite 158 mit einem Heizstrahl angeordnet, wobei jede Heizquelle 162 einem oder mehreren Arraysegmenten zugeordnet ist.
Vorzugsweise sind die Heizquellen 162 als Infrarot-Dioden zur Erzeugung von Infrarot-Heizstrahlung ausgebildet. Die Infrarot-Dioden können fokussiert auf die Innenseite 158 des Spiegels 156 gerichtet sein, so dass der Strahldurchmesser der gebündelten Infrarot-Heizstrahlen aus den Infrarot-Dioden ein vorbestimmtes Maximum nicht überschreitet. Somit kann der Infrarot-Heizstrahl auf eine relativ kleine Fläche der Innenseite 158 fokussiert werden. Alternativ können die Infrarot-Dioden defokussiert auf die Innenseite gerichtet sein, so dass der Strahldurchmesser der gebündelten Infrarot-Heizstrahlen aus den Infrarot-Dioden ein vorbestimmtes Minimum nicht unterschreitet oder die Infrarot-Heizstrahlen nicht gebündelt sind. Die Innenseite 158 des Spiegels 156 kann für die Wellenlänge des Infrarot-Heizstrahls absorbierend gestaltet sein. Alternativ kann die Innenseite 158 und/oder das Material für den Körper des Spiegels 156 zwischen der Innenseite 158 und der Spiegelseite 160 für die Wellenlänge des Infrarot-Heizstrahls durchlässig gestaltet sein. Vorteilhafterweise kann der Infrarot-Heizstrahl somit den Spiegel 156 von der Innenseite 158 durchtreten und den gesamten Spiegel 156 heizen.
In 12 ist eine schematische Darstellung eines weiteren optischen Wellenfrontmanipulators aus einer beispielhaft als Spiegel gebildeten optischen Komponente 156 und der Wärmeaustauscheinrichtung 153 aus 8 gezeigt. Die Wärmeaustauscheinrichtung 153 ist in einem Grundkörper 159 gelagert ausgebildet, wobei der Grundkörper 159 vom Spiegel 156 beabstandet angeordnet ist. Die Kapillare 76 und die Absaugvorrichtung 154 erstrecken sich von einer Oberseite 161 bis zu einer Unterseite 163 des Grundkörpers 159 und sind derart auf die Innenseite 158 des Spiegels 156 gerichtet angeordnet, dass die Innenseite 158 mit den Wärmeaustauschteilchen 39 beaufschlagbar ist. Der Spiegel 156 weist eine von der Innenseite abgewandte, insbesondere konkave Spiegelseite 160 auf. Alternativ kann die Wärmeaustauscheinrichtung 153' aus 9 oder die Wärmeaustauscheinrichtung 153" mit einem Array aus Kapillare-Absaugelement-Paaren (10) hierfür eingesetzt werden.
Mit Hilfe von 13 wird das Wirkprinzip der Wärmeaustauscheinrichtung 153, 153', 153" erläutert, wobei hier beispielhaft nur die Wärmeaustauscheinrichtung 153 aus 8 schematisch gezeigt ist. Hier ist ein optischer Wellenfrontmanipulator analog zu 11 gezeigt, wobei der Spiegel 156 und der Grundkörper 159 hier aus Übersichtlichkeitsgründen unvollständig dargestellt sind. Durch Beaufschlagen der Innenseite 158 mit den Wärmeaustauschteilchen 39 wird der Spiegel 156 gekühlt. Die Temperaturverteilung im Spiegel 156 kann somit verändert werden.
Zusätzlich kann eine Temperaturregeleinrichtung zur Temperaturregelung der Absaugvorrichtung 153 bzw. zumindest eines Arraysegmentes 155, 157 (10) vorgesehen werden. Die Temperaturregeleinrichtung kann zur Temperaturreglung des Teilchenstrahls 38 bzw. der Wärmeaustauschteilchen 39, Teilchenanzahlregelung des Teilchenstrahls 38 und/oder Pumpleistungsreglung einer an die Absaugvorrichtung 154 angeschlossenen Pumpe 64 (7) ausgelegt sein.
Es kann auch eine Temperaturvorhersageeinheit vorgesehen sein, die zum Vorhersagen eines Temperaturverlaufs auf der Innenseite 158 und zum Übersetzen des vorhergesagten Temperaturverlaufs in Steuerbefehle zur Steuerung der Arraysegmente 155, 157 dient. Beispielsweise kann die Temperaturvorhersageeinheit auf der Innenseite 158 des Spiegels 156 angeordnet sein. Die auf diese Weise generierten Steuerbefehle werden an Steuereinheiten weiter übermittelt und von den Steuereinheiten zur Steuerung der Heizquellen 162 und/oder der Wärmeaustauscheinrichtung 153, 153', 153", 153" umgesetzt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2013/156041 A1 [0003]
US 6781668 B2 [0008]
WO 2013/156041 [0009]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Molecular Beam Formation by Long Parallel Tubes, Giordmaine et al., Journal of Applied Physics, 31, 463–471 (1960) [0108]

Claims

Optischer Wellenfrontmanipulator, mit einer ersten optischen Komponente (12, 156), die eine optische Achse (16) definiert und entlang der optischen Achse (16) eine Außenseite (18) und eine der Außenseite (18, 160) gegenüberliegende Innenseite (20, 158) aufweist, einer Wärmeaustauscheinrichtung (43, 153, 153', 153", 153'"), die der Innenseite (20, 158) der ersten optischen Komponente (12, 156) zugewandt angeordnet ist, wobei die Wärmeaustauscheinrichtung (43, 153, 153', 153", 153'") einen Medieneinlass (36) und einen Medienauslass (42) aufweist, wobei der Medieneinlass (36) zum Zuführen eines Wärmeaustauschmediums und zum Beaufschlagen der Innenseite (20, 158) mit dem Wärmeaustauschmedium ausgelegt ist, wobei der Medienauslass (42) mit dem Medieneinlass (36) fluidverbunden und zum Abführen des Wärmeaustauschmediums ausgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Medieneinlass (36) zur Erzeugung zumindest eines Teilchenstrahls (38) aus dem Wärmeaustauschmedium eine Effusivquelle (73) und/oder eine aerodynamische Linse (106) aufweist.
Optischer Wellenfrontmanipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite optische Komponente (14) der ersten optischen Komponente (12) entlang der optischen Achse (16) gegenüberliegend angeordnet ist, wobei der Medieneinlass (36) zum Beaufschlagen einer der ersten optischen Komponente (12) zugewandten Innenseite (24) der zweiten optischen Komponente (14) ausgelegt ist.
Optischer Wellenfrontmanipulator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten und der zweiten optischen Komponente (12, 14) eine mediendichte Kavität (26) ausgebildet ist, die seitlich durch zwei einander gegenüberliegende Endseiten (28, 32) begrenzt ist, wobei der Medieneinlass (36) und/oder der Medienauslass (42) an einer der beiden Endseiten (28, 32) angeordnet ist.
Optischer Wellenfrontmanipulator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Effusivquelle (44) eine Kapillaranordnung (74) mit zumindest einer Kapillare (76) aufweist, deren Querschnittsabmessung kleiner als eine mittlere freie Weglänge des Wärmeaustauschmediums ist.
Optischer Wellenfrontmanipulator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsabmessung der zumindest einen Kapillare (76) in einem Bereich von 1 µm bis 50 µm liegt.
Optischer Wellenfrontmanipulator nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Kapillare (76) eine Länge aufweist, die kleiner als und/oder vergleichbar mit der mittleren freien Weglänge des Wärmeaustauschmediums ist.
Optischer Wellenfrontmanipulator nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Kapillare (76) in einem für das Wärmeaustauschmedium stoßarmen Modus und/oder einem für das Wärmeaustauschmedium stoßbehafteten Modus betreibbar ist.
Optischer Wellenfrontmanipulator nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapillaranordnung (74) als ein Kapillararray aus einer Mehrzahl von Kapillaren (76) ausgebildet ist, die in einer Längsrichtung im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind.
Optischer Wellenfrontmanipulator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapillaren (76) des Kapillararrays in einer zur Längsrichtung im Wesentlichen querverlaufenden Ebene dreieckig, quadratisch, hexagonal, oktagonal oder kreisförmig angeordnet sind.
Optischer Wellenfrontmanipulator nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapillaren (76) des Kapillararrays seitlich voneinander beabstandet sind.
Optischer Wellenfrontmanipulator nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Kapillararray zumindest eine Platte (94), vorzugsweise eine Glasplatte, mit einer Vielzahl von Hohlräumen und Durchbrüchen zwischen einer Hochdruckseite und einer Niederdruckseite aufweist.
Optischer Wellenfrontmanipulator nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Medienauslass (42) eine lokale Absaugvorrichtung (154) zur lokalen Absaugung von Teilchen des erzeugten Teilchenstrahls (38) aufweist, die einer oder mehreren Kapillaren (76) zugeordnet ist.
Optischer Wellenfrontmanipulator nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die lokale Absaugvorrichtung (154) rohrförmig ausgebildet ist, wobei eine oder mehrere Kapillaren (76) entlang einer Längsrichtung in einem Rohrinnenraum der Absaugvorrichtung (154) gelagert sind.
Optischer Wellenfrontmanipulator nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die lokale Absaugvorrichtung (154) ein Array aus einer Mehrzahl an Absaugelementen (154a, b) aufweist, wobei jedem Absaugelement (154a, b) genau eine oder mehrere Kapillaren (76) zugeordnet sind.
Optischer Wellenfrontmanipulator nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Array mehrere Arraysegmente (155, 157) mit einem oder mehreren Absaugelementen (154a, b) aufweist, wobei eine Temperaturregeleinrichtung zur Temperaturregelung zumindest eines der Arraysegmente (155, 157) vorgesehen ist.
Optischer Wellenfrontmanipulator nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturregeleinrichtung zur Temperaturreglung des Teilchenstrahls (38), Teilchenanzahlregelung des Teilchenstrahls (38) und/oder Pumpleistungsreglung einer an die Absaugvorrichtung (154) angeschlossenen Pumpe (64) ausgelegt ist.
Optischer Wellenfrontmanipulator nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Arraysegment (155, 157) eine oder mehrere Heizquellen (162) zum Beaufschlagen der Innenseite (158) mit einem Heizstrahl umfasst.
Optischer Wellenfrontmanipulator nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizquellen (162) mehrere Infrarot-Dioden zur Erzeugung von Infrarot-Heizstrahlung aufweisen.
Optischer Wellenfrontmanipulator nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine Temperaturvorhersageeinheit zum Vorhersagen eines Temperaturverlaufs auf der Innenseite (158) und zum Übersetzen des vorhergesagten Temperaturverlaufs in Steuerbefehle zur Steuerung der Arraysegmente (155, 157) auf der Innenseite (158) der optischen Komponente (156) angeordnet ist.
Optischer Wellenfrontmanipulator nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Teilchenstrahl (38) einen variablen Strahlquerschnitt und/oder eine variable Strahlrichtung aufweist.
Optischer Wellenfrontmanipulator nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Teilchenstrahl (38) eine Vielzahl von Tröpfchen und/oder Clustern aus dem Wärmeaustauschmedium aufweist.
Optischer Wellenfrontmanipulator nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des zumindest einen Teilchenstrahls (38) durch Kühlung und/oder Heizung der Effusivquelle (44) mittels zumindest eines Wärmeaustauschelementes einstellbar ist.
Optischer Wellenfrontmanipulator nach einem der Ansprüche 3 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Effusivquelle (73) wärmeisoliert, vorzugsweise innerhalb der mediendichten Kavität (26), gelagert ist.
Optischer Wellenfrontmanipulator nach einem der Ansprüche 3 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite optische Komponente (12, 14, 156) auf der Innenseite (20, 24, 158) zumindest teilweise mit einem Material beschichtet ist, das eine höhere thermische Wechselwirkung mit den Teilchen des Teilchenstrahls (38) als die Innenseite der mediendichten Kavität (26) aufweist.
Optischer Wellenfrontmanipulator nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass in der mediendichten Kavität (26) zumindest eine dritte optische Komponente, beispielsweise eine bewegliche optische Komponente, angeordnet ist, wobei zumindest eine Oberfläche der zumindest einen dritten optischen Komponente mit dem Teilchenstrahl (38) beaufschlagbar ist.
Projektionsobjektiv für mikrolithografische Anwendungen, dadurch gekennzeichnet, dass das Projektionsobjektiv zumindest einen optischen Wellenfrontmanipulator (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 25 aufweist.
Mikrolithografische Apparatur, beispielsweise eine Projektionsbelichtungsanlage, dadurch gekennzeichnet, dass die mikrolithografische Apparatur ein Projektionsobjektiv nach Anspruch 26 aufweist.