DE102020213983A1

DE102020213983A1 - Optisches System, insbesondere in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage

Info

Publication number: DE102020213983A1
Application number: DE102020213983.0A
Authority: DE
Inventors: Alexander Wolf; Toralf Gruner
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2020-11-06
Filing date: 2020-11-06
Publication date: 2022-05-12
Also published as: WO2022096171A1; TW202219653A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein optisches System, insbesondere in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, sowie ein Verfahren zum Heizen eines optischen Elements in einem optischen System. Ein erfindungsgemäßes optisches System weist ein optisches Element (450) und wenigstens eine Heizeinheit (100, 200) zum Heizen dieses optischen Elements durch Beaufschlagen des optischen Elements mit elektromagnetischer Strahlung auf, wobei die Heizeinheit wenigstens einen Spiegel mit nicht-planer optischer Wirkfläche aufweist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein optisches System, insbesondere in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, sowie ein Verfahren zum Heizen eines optischen Elements in einem optischen System.
Stand der Technik
Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise oder LCD's, angewendet. Der Mikrolithographieprozess wird in einer sogenannten Projektionsbelichtungsanlage durchgeführt, welche eine Beleuchtungseinrichtung und ein Projektionsobjektiv aufweist. Das Bild einer mittels der Beleuchtungseinrichtung beleuchteten Maske (= Retikel) wird hierbei mittels des Projektionsobjektivs auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes und in der Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnetes Substrat (z.B. ein Siliziumwafer) projiziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen.
In für den EUV-Bereich ausgelegten Projektionsobjektiven, d.h. bei Wellenlängen von z.B. etwa 13 nm oder etwa 7 nm, werden mangels Verfügbarkeit geeigneter lichtdurchlässiger refraktiver Materialien Spiegel als optische Komponenten für den Abbildungsprozess verwendet.
Ein in der Praxis auftretendes Problem ist, dass die EUV-Spiegel u.a. infolge Absorption der von der EUV-Lichtquelle emittierten Strahlung eine Erwärmung und eine damit einhergehende thermische Ausdehnung bzw. Deformation erfahren, welche wiederum eine Beeinträchtigung der Abbildungseigenschaften des optischen Systems zur Folge haben kann.
Zur Vermeidung von durch Wärmeeinträge in einen EUV-Spiegel verursachten Oberflächendeformationen und damit einhergehenden optischen Aberrationen sind diverse Ansätze bekannt. Unter anderem ist es bekannt, als Spiegelsubstratmaterial ein Material mit ultraniedriger thermischer Expansion („Ultra-Low-Expansion-Material“), z.B. ein unter der Bezeichnung ULE™ von der Firma Corning Inc. vertriebenes Titanium-Silicatglas, zu verwenden und in einem der optischen Wirkfläche nahen Bereich die sogenannte Nulldurchgangstemperatur (= „Zero-Crossing-Temperatur“) einzustellen. Bei dieser Zero-Crossing-Temperatur, welche z.B. für ULE™ bei etwa ϑ = 30°C liegt, weist der thermische Ausdehnungskoeffizient in seiner Temperaturabhängigkeit einen Nulldurchgang auf, in dessen Umgebung keine oder nur eine vernachlässigbare thermische Ausdehnung des Spiegelsubstratmaterials erfolgt.
Mögliche weitere Ansätze zur Vermeidung von durch Wärmeeinträge in einen EUV-Spiegel verursachten Oberflächendeformationen beinhalten den Einsatz einer Heizanordnung auf Basis von Infrarotstrahlung. Mit einer solchen Heizanordnung kann in Phasen vergleichsweise geringer Absorption von EUV-Nutzstrahlung eine aktive Spiegelerwärmung erfolgen, wobei diese aktive Spiegelerwärmung mit steigender Absorption der EUV-Nutzstrahlung entsprechend zurückgefahren wird. Des Weiteren kann auch ein Vorwärmen der EUV-Spiegel vor dem eigentlichen Betrieb bzw. vor der Beaufschlagung mit EUV-Strahlung auf die o.g. Nulldurchgangstemperatur (= „Zero-Crossing-Temperatur“) erfolgen.
Die Einkopplung der Infrarotstrahlung in den betreffenden (EUV)-Spiegel erfordert wiederum den Einsatz einer geeigneten, die Heizanordnung bildenden Optik, die unter Berücksichtigung der konkreten Gegebenheiten im optischen System (insbesondere der geometrischen Anordnung des zu heizenden Spiegels, dessen beschränkter Absorption der Heizstrahlung sowie vorhandener Bauraumbeschränkungen) eine in örtlicher Hinsicht möglichst gleichmäßige Spiegelerwärmung ermöglicht.
Ein hierbei in der Praxis auftretendes Problem ist, dass bei größeren Abmessungen des zu heizenden Spiegels oder zunehmender Leistung der EUV-Lichtquelle das vorstehend beschriebene Heizkonzept der Spiegelheizung die Einkopplung erheblicher Heizleistungen von größenordnungsmäßig 100W oder mehr erfordert, wodurch wiederum die optisch wirksamen Flächen der die Heizeinheit bildenden Optik entsprechend hohen Bestrahlintensitäten ausgesetzt werden. Dies kann wiederum eine Degradation bis hin zu einer Zerstörung der optischen Elemente in der die Heizeinheit bildenden Optik bzw. der in diesen optischen Elementen vorhandenen Volumen- sowie Beschichtungsmaterialien zur Folge haben. Bei den zu einer solchen Degradation führenden Defekten kann es sich beispielsweise um Kompaktierungseffekte (d.h. lokale Dichteänderungen im Volumenmaterial und damit einhergehende Brechzahländerungen), Transmissionsänderungen sowie nichtlineare Effekte wie selbstinduzierte Fokussierung handeln. Zudem können Verunreinigungspartikel, welche sich auf den optisch wirksamen Flächen der optischen Elemente in der die Heizeinheit bildenden Optik niederschlagen, eine unerwünschte lokale Erhöhung der absorbierten Strahlungsintensität und eine damit einhergehende thermisch induzierte Degradation zur Folge haben.
Die vorstehend beschriebenen Probleme sind insbesondere dann besonders gravierend, wenn die optischen Elemente der die Heizeinheit bildenden Optik im Vergleich zu dem zu heizenden (EUV)-Spiegel aus Bauraum- und/oder Kostengründen wesentlich kleiner dimensioniert sind.
Im Ergebnis kann ein Austausch der gesamten Heizeinheit und eine damit einhergehende Unterbrechung des Betriebs der mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage erforderlich werden.
Zum Stand der Technik wird lediglich beispielhaft auf DE 10 2017 207 862 A1 verwiesen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optisches System, insbesondere in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, sowie ein Verfahren zum Heizen eines optischen Elements in einem optischen System bereitzustellen, welche eine Vermeidung oder Verringerung von durch Wärmeeinträge in einem optischen Element verursachten Oberflächendeformationen und damit einhergehenden optischen Aberrationen unter zumindest teilweiser Vermeidung der vorstehend beschriebenen Probleme ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch das optische System gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 bzw. das Verfahren gemäß den Merkmalen des nebengeordneten Patentanspruchs 16 gelöst.
Ein optisches System, insbesondere in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, weist auf:

- ein optisches Element; und
- wenigstens eine Heizeinheit zum Heizen des optischen Elements durch Beaufschlagen des optischen Elements mit elektromagnetischer Strahlung;
- wobei die Heizeinheit wenigstens einen Spiegel mit nicht-planer optischer Wirkfläche aufweist.

Der Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, eine zur Verwirklichung des vorstehend beschriebenen Heizkonzepts (d.h. der Einkopplung von Heizstrahlung in ein optisches Element mit dem Ziel der Vermeidung thermisch induzierter Deformationen im Betrieb des dieses Elements aufweisenden optischen Systems) dienende Optik unter Verwendung von einem oder mehreren Spiegeln zu realisieren. Dabei geht die Erfindung von der Überlegung aus, dass bei zumindest teilweiser Ausgestaltung der die Heizeinheit bildenden Optik als Spiegelsystem eine vergleichsweise schnelle und effektive Wärmeabfuhr (relativ zu einem rein refraktiven Linsensystem) durch geeignete thermische Anbindung und/oder aktive Kühlung des bzw. der betreffenden Spiegel(s) erfolgen kann. Insbesondere kann im Gegensatz zu Linsen die optisch ungenutzte Spiegelrückseite und/oder das Spiegelsubstrat zur Wärmeabfuhr genutzt werden kann. Aufgrund der somit erfindungsgemäß ermöglichten effektiven Wärmeabfuhr innerhalb der die Heizeinheit bildenden Optik können die eingangs beschriebenen Degradationseffekte wesentlich reduziert oder sogar vollständig vermieden werden.
Des Weiteren wirkt sich die vergleichsweise gute Wärmeleitung etwa innerhalb des Spiegelsubstrats des wenigstens einen erfindungsgemäß innerhalb der Heizeinheit eingesetzten Spiegels auch insofern vorteilhaft aus, als eine mit der Ablagerung von Verunreinigungspartikeln gegebenenfalls unvermeidbar einhergehende lokal variierende Erwärmung eher toleriert werden kann, da eine solche lokal variierende Strahlungsabsorption infolge der verbesserten Wärmeleitung keinen Temperaturanstieg über die jeweilige Schädigungsgrenze hinaus zur Folge hat.
Im Ergebnis kann erfindungsgemäß im Vergleich zu einer Ausgestaltung mit rein refraktivem Linsensystem eine wesentlich stabilere und robustere Optik der Heizeinheit bereitgestellt werden.
Insbesondere können erfindungsgemäß innerhalb der die Heizeinheit bildenden Optik diejenigen optisch wirksamen Flächen reflektiv ausgestaltet werden, an denen die im Betrieb des optischen Systems bzw. der mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage zu erwartenden maximalen Bestrahlintensitäten einen bestimmten Schwellenwert (z.B. 1W/mm², insbesondere 5W/mm², weiter insbesondere 10W/mm²) übersteigen.
Dabei werden erfindungsgemäß mit der (zumindest teilweisen) Ausgestaltung der die Heizeinheit bildenden Optik als Spiegelsystem bewusst Nachteile in Kauf genommen, um im Gegenzug die zuvor beschriebenen Vorteile hinsichtlich effizienter Wärmeableitung und daraus resultierender Stabilität und Robustheit des Systems zu erzielen. Dies betrifft insbesondere die vergleichsweise wesentlich größeren Abmessungen der optisch wirksamen Fläche(n), die typischerweise und vor allem bei Schrägstellung des betreffenden Spiegels in Bezug auf den optischen Strahlengang gegeben ist. Ein weiterer erfindungsgemäß in Kauf genommener Nachteil betrifft die im Vergleich zu Linsenflächen wesentlich größere Empfindlichkeit von Spiegelfläche auf Fertigungs- und/oder Justagefehler. Insgesamt werden erfindungsgemäß größere Schwierigkeiten in Kauf genommen, um die Heizeinheit unter den typischerweise gegebenen strengen Bauraumbeschränkungen mit einem oder mehreren Spiegeln zu realisieren und zugleich unerwünschte Aberrationen auf ein akzeptables Maß zu begrenzen.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Spiegel Bestandteil eines optischen Kollimators.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Heizeinheit ein ausschließlich aus Spiegeln aufgebautes Teleskop auf.
Gemäß einer Ausführungsform weist dieses Teleskop keine durchgehende optische Achse auf.
Gemäß einer Ausführungsform ist der wenigstens eine Spiegel ein asphärischer Spiegel.
Gemäß einer Ausführungsform weist der wenigstens eine Spiegel eine optisch wirksame Freiformfläche auf.
Gemäß einer Ausführungsform besitzt der wenigstens eine Spiegel ein Spiegelsubstrat, welches ein Spiegelsubstratmaterial mit einem Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten von wenigstens 10Wm^-1K^-1, insbesondere wenigstens 50Wm^-1K^-1, weiter insbesondere wenigstens 100Wm^-1K^-1, aufweist.
Gemäß einer Ausführungsform ist der wenigstens eine Spiegel an eine Wärmeabfuhrkomponente aus einem Material mit einem Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten von wenigstens 10Wm^-1K^-1, insbesondere wenigstens 50Wm^-1K^-1, weiter insbesondere wenigstens 100Wm^-1K^-1, thermisch gekoppelt.
Gemäß einer Ausführungsform weist das optische System wenigstens einen Kühler zum Abführen von Wärme von dem wenigstens einen Spiegel auf.
Gemäß einer Ausführungsform weist der wenigstens eine Spiegel wenigstens einen mit einem Kühlfluid beaufschlagbaren Kühlkanal auf.
Gemäß einer Ausführungsform ist das zu heizende optische Element ein Spiegel.
Gemäß einer Ausführungsform ist das zu heizende optische Element für eine Arbeitswellenlänge von weniger als 30nm, insbesondere weniger als 15nm, ausgelegt.
Gemäß einer Ausführungsform ist das optische System ein optisches System einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, insbesondere eine Beleuchtungseinrichtung oder ein Projektionsobjektiv.
Die Erfindung betrifft weiter auch eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage mit einem optischen System mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen, sowie eine Heizeinheit zur Verwendung in einem solchen optischen System.
Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zum Heizen eines optischen Elements, wobei das optische Element eine optische Wirkfläche aufweist, wobei das optische Element über wenigstens eine Heizeinheit mit einem Strahlbündel elektromagnetischer Strahlung beaufschlagt wird, und wobei eine Heizeinheit mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen verwendet wird.
Zu Vorteilen und weiteren bevorzugten Ausgestaltungen des Verfahrens wird auf die o.g. Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen optischen System Bezug genommen.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Figurenliste
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung des möglichen Aufbaus einer Heizanordnung zum Heizen eines optischen Elements in einem optischen System;
2 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer Heizanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform;
3 eine schematische Darstellung eines gemäß der Erfindung ausgestalteten Kollimators für die Heizanordnung von 1 bzw. 2 in einer möglichen Ausführungsform;
4 eine schematische Darstellung eines gemäß der Erfindung ausgestalteten Teleskops für die Heizanordnung von 1 bzw. 2 in einer möglichen Ausführungsform;
5 eine schematische Darstellung der Bestrahlung eines EUV-Spiegels unter Verwendung eines in einer Heizanordnung gemäß der Erfindung vorhandenen Teleskops;
6 eine schematische Darstellung eines möglichen Einsatzszenarios einer Heizanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung; und
7 eine schematische Darstellung des möglichen Aufbaus einer für den Betrieb im EUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
7 zeigt schematisch im Meridionalschnitt den möglichen Aufbau einer für den Betrieb im EUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.
Gemäß 7 weist die Projektionsbelichtungsanlage 1 eine Beleuchtungseinrichtung 2 und ein Projektionsobjektiv 10 auf. Die Beleuchtungseinrichtung 2 dient dazu, ein Objektfeld 5 in einer Objektebene 6 mit Strahlung einer Strahlungsquelle 3 über eine Beleuchtungsoptik 4 zu beleuchten. Belichtet wird hierbei ein im Objektfeld 5 angeordnetes Retikel 7. Das Retikel 7 ist von einem Retikelhalter 8 gehalten. Der Retikelhalter 8 ist über einen Retikelverlagerungsantrieb 9 insbesondere in einer Scanrichtung verlagerbar. In 7 ist zur Erläuterung ein kartesisches xyz-Koordinatensystem eingezeichnet. Die x-Richtung verläuft senkrecht zur Zeichenebene hinein. Die y-Richtung verläuft horizontal und die z-Richtung verläuft vertikal. Die Scanrichtung verläuft in 7 längs der y-Richtung. Die z-Richtung verläuft senkrecht zur Objektebene 6.
Das Projektionsobjektiv 10 dient zur Abbildung des Objektfeldes 5 in ein Bildfeld 11 in einer Bildebene 12. Abgebildet wird eine Struktur auf dem Retikel 7 auf eine lichtempfindliche Schicht eines im Bereich des Bildfeldes 11 in der Bildebene 12 angeordneten Wafers 13. Der Wafer 13 wird von einem Waferhalter 14 gehalten. Der Waferhalter 14 ist über einen Waferverlagerungsantrieb 15 insbesondere längs der y-Richtung verlagerbar. Die Verlagerung einerseits des Retikels 7 über den Retikelverlagerungsantrieb 9 und andererseits des Wafers 13 über den Waferverlagerungsantrieb 15 kann synchronisiert zueinander erfolgen.
Bei der Strahlungsquelle 3 handelt es sich um eine EUV-Strahlungsquelle. Die Strahlungsquelle 3 emittiert insbesondere EUV-Strahlung, welche im Folgenden auch als Nutzstrahlung oder Beleuchtungsstrahlung bezeichnet wird. Die Nutzstrahlung hat insbesondere eine Wellenlänge im Bereich zwischen 5 nm und 30 nm. Bei der Strahlungsquelle 3 kann es sich zum Beispiel um eine Plasmaquelle, eine synchrotronbasierte Strahlungsquelle oder um einen Freie-Elektronen-Laser („Free-Electron-Laser“, FEL) handeln. Die Beleuchtungsstrahlung 16, die von der Strahlungsquelle 3 ausgeht, wird von einem Kollektor 17 gebündelt und propagiert durch einen Zwischenfokus in einer Zwischenfokusebene 18 in die Beleuchtungsoptik 4. Die Beleuchtungsoptik 4 weist einen Umlenkspiegel 19 und diesem im Strahlengang nachgeordnet einen ersten Facettenspiegel 20 (mit schematisch angedeuteten Facetten 21) und einen zweiten Facettenspiegel 22 (mit schematisch angedeuteten Facetten 23) auf.
Das Projektionsobjektiv 10 weist eine Mehrzahl von Spiegeln Mi (i= 1, 2, ...) auf, welche gemäß ihrer Anordnung im Strahlengang der Projektionsbelichtungsanlage 1 durchnummeriert sind. Bei dem in der 7 dargestellten Beispiel weist das Projektionsobjektiv 10 sechs Spiegel M1 bis M6 auf. Alternativen mit vier, acht, zehn, zwölf oder einer anderen Anzahl an Spiegeln Mi sind ebenso möglich. Der vorletzte Spiegel M5 und der letzte Spiegel M6 weisen jeweils eine Durchtrittsöffnung für die Beleuchtungsstrahlung 16 auf. Bei dem Projektionsobjektiv 10 handelt es sich um eine doppelt obskurierte Optik. Das Projektionsobjektiv 10 hat eine bildseitige numerische Apertur, die größer ist als 0.5 und die auch größer sein kann als 0.6 und die beispielsweise 0.7 oder 0.75 betragen kann.
Im Betrieb der mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage 1 wird die auf die optische Wirkfläche der Spiegel auftreffende elektromagnetische Strahlung zum Teil absorbiert und führt wie eingangs erläutert zu einer Erwärmung und einer damit einhergehenden thermischen Ausdehnung bzw. Deformation, welche wiederum eine Beeinträchtigung der Abbildungseigenschaften des optischen Systems zur Folge haben kann.
Das erfindungsgemäße Konzept zum Heizen eines optischen Elements kann somit insbesondere vorteilhaft auf einen beliebigen Spiegel der mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage 1 von 7 angewendet werden.
1 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung des möglichen Aufbaus einer erfindungsgemäßen Heizanordnung zum Heizen eines optischen Elements in einer ersten Ausführungsform.
Gemäß 1 tritt ein von einer (nicht dargestellten) Strahlungsquelle, bei der es sich z.B. um einen Faserlaser zur Erzeugung von IR-Strahlung mit einer beispielhaften Wellenlänge von etwa 1000 nm handeln kann, erzeugter Strahl an einem mit „101“ bezeichneten Faserende aus und durchläuft zunächst einen optischen Kollimator 120, für welchen im Weiteren unter Bezugnahme auf 3 lediglich beispielhaft ein konkretes Ausführungsbeispiel beschrieben wird. Der aus dem Kollimator 110 austretende, kollimierte Strahl tritt gemäß 1 (jedoch ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt wäre) zunächst in eine optische Komponente 120 ein, welche einen Polarisationsstrahlteiler 121 und einen Umlenkspiegel 122 aufweist. Eine Funktion dieser optischen Komponente 120 ist die Bereitstellung zweier jeweils linear polarisierter Teilstrahlen aus dem (ursprünglich bei Eintritt in die Komponente 120 noch unpolarisierten) Laserstrahl, wobei die besagten linear polarisierten Teilstrahlen für eine hinsichtlich Absorption optimierte Einkopplung von Heizstrahlung in das jeweils zu heizende optische Element (z.B. einen EUV-Spiegel der mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage von 7) genutzt werden können.
Die beiden Teilstrahlen von jeweils linearer Polarisation treten gemäß 1 aus der optischen Komponente 120 entlang der ursprünglichen Lichtausbreitungsrichtung (d.h. entlang der z-Richtung im eingezeichneten Koordinatensystem) entlang zweier separater paralleler Strahlwege aus und durchlaufen jeweils nacheinander einen optischen Retarder 123 bzw. 125, ein diffraktives optisches Element (DOE) 124 bzw. 126 sowie ein optisches Teleskop 130 bzw. 140. Anstelle der diffraktiven optischen Elemente 124, 126 können auch refraktive optische Elemente oder reflektive optische Elemente bzw. Spiegel eingesetzt werden.
Die DOE's 124, 126 dienen als Strahlformungseinheiten zur Aufprägung eines individuellen Heizprofils in das zu heizende optische Element im Wege einer Strahlformung der auf das optische Element zu lenkenden IR-Strahlung.
Über die optischen Retarder 123, 125 (welche z.B. als Lambda/2-Platten ausgestaltend sein können) kann eine geeignete Einstellung der jeweiligen Polarisationsrichtung erreicht werden, um die jeweilige Polarisationsrichtung in beiden separaten Strahlwegen für die Einkopplung der IR-Strahlung in das zu heizende optische Element bzw. den EUV-Spiegel (d.h. im Hinblick auf maximale Absorption) geeignet einzustellen. In weiteren Ausführungsformen kann anstelle der Retarder auch jeweils ein optischer Rotator zur geeigneten Drehung der Polarisationsrichtung eingesetzt werden (wobei beispielsweise ein 90°-Rotator in für sich bekannter Weise aus zwei gegeneinander um 45° hinsichtlich ihrer schnellen Achse der Doppelbrechung verdrehten Lambda/2-Platten hergestellt sein kann). Ferner kann in Ausführungsformen der Erfindung auch der Einsatz eines optischen Retarders bzw. Rotators in nur einem der beiden separaten Strahlwege ausreichend sein. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn eine Drehung der Polarisationsrichtung in nur einem der beiden separaten Strahlwege und um einen Winkel von 90° geboten ist, da die durch den Polarisationsstrahlteiler 121 erzielte Aufspaltung in zwei zueinander orthogonal polarisierte Strahlungsanteile als im Wesentlichen perfekt und die Apertur des optischen Strahlengangs im Bereich des Polarisationsstrahlteilers 121 als gering angenommen werden können.
Die optischen Teleskope 130 bzw. 140, für welche im Weiteren unter Bezugnahme auf 4 ebenfalls lediglich beispielhaft ein konkretes Ausführungsbeispiel beschrieben wird, dienen zur Bereitstellung einer geeigneten zusätzlichen Strahlablenkung vor Einkopplung der IR-Strahlung in das zu heizende optische Element bzw. den EUV-Spiegel.
Die Erfindung ist nicht auf die Anwendung in der konkreten Ausgestaltung von 1 beschränkt. Vielmehr sollen auch Ausführungsformen als von der Erfindung umfasst gelten, bei denen auf die vorstehend beschriebene Erzeugung zweier separater Teilstrahlen verzichtet wird (und somit nur ein „Einzelheizkopf“ im Unterschied zu dem „Doppelheizkopf“ von 1 bereitgestellt wird). Eine entsprechende, in 2 schematisch dargestellte Heizanordnung weist nur ein einziges Teleskop 230 auf, wobei im Übrigen im Vergleich zu 1 analoge bzw. im Wesentlichen funktionsgleiche Komponenten mit um „100“ erhöhten Bezugsziffern bezeichnet sind. Dabei wird im Vergleich zu 1 auf den Einsatz sowohl der optischen Komponente 120 als auch der optischen Retarder 123, 125 verzichtet. Mit „223“ ist in 2 ein zur Erzeugung des geeigneten Polarisationszustandes geeigneter Polarisator, und mit „224“ ist ein DOE bezeichnet.
Die Einkopplung linear polarisierter (Teil-)Strahlen über die Heizeinheit in das zu heizende optische Element hat den Vorteil, dass auch bei einer Einkopplung der erzeugten Heizstrahlung unter vergleichsweise großen Einfallswinkeln bezogen auf die jeweilige Oberflächennormale („streifender Einfall“, engl: „grazing incidence“) eine ausreichende Absorption der Heizstrahlung erzielt werden kann. Eine solche Einkopplung der Heizstrahlung mit „streifendem Einfall“ wiederum kann sich in der konkreten Anwendungssituation unter Bauraumaspekten als vorteilhaft oder sogar erforderlich erweisen, wenn - wie häufig der Fall - kein ausreichender Bauraum innerhalb der Projektionsbelichtungsanlage in der zur Oberfläche des zu heizenden optischen Elements senkrechten Richtung zur Verfügung steht. Des Weiteren kann durch besagte Einkopplung der Heizstrahlung unter streifendem Einfall je nach konkreter Anwendungssituation gegebenenfalls sichergestellt werden, dass die Heizanordnung außerhalb des eigentlichen Nutzstrahlengangs angeordnet ist.
Jede der im optischen System (wie z.B. der Projektionsbelichtungsanlage von 7) eingesetzten Heizanordnungen kann im Betrieb ein individuelles, über das jeweilige DOE („124“ bzw. „126“ in 1) vorgegebenes Heizprofil auf dem jeweiligen optischen Element bzw. EUV-Spiegel erzeugen. Durch Ein- bzw. Ausschalten der das jeweilige DOE aufweisenden Heizanordnung wird festgelegt, ob das jeweilige, diesem DOE zugeordnete Heizprofil auf dem optischen Element eingestellt bzw. der EUV-Spiegel entsprechend aktiv beheizt wird oder nicht. In Ausführungsformen können auch mehrere, unabhängig voneinander ansteuerbare Heizanordnungen mit dem anhand von 1 beschriebenen Aufbau vorgesehen und ein- und demselben optischen Element zugeordnet sein, um je nach aktuell gewähltem Beleuchtungssetting ein geeignetes Heizprofil in dem optischen Element bzw. EUV-Spiegel einstellen zu können.
Das optische Teleskop 130 bzw. 140 gemäß 1 und das optische Teleskop 230 gemäß 2 können erfindungsgemäß als Spiegelsystem aufgebaut sein. Eine beispielhafte Ausführungsform für ein solches Spiegelsystem, welches entsprechend dem in 1 bzw. 2 dargestellten Strahlengang die Umwandlung eines eingehenden kollimierten Strahls mit vergleichsweise großem Strahlquerschnitt in einen ausgehenden divergierenden Strahl mit vergleichsweise geringem Strahlquerschnitt bewirkt, ist in 4 dargestellt.
Ein geeignetes Material für die Ausgestaltung der Reflexionsschicht des wenigstens einen, erfindungsgemäß in der Heizeinheit eingesetzten Spiegels ist insbesondere Gold (Au), welches für die in der Heizeinheit verwendete Wellenlänge von z.B. etwa 1000nm je nach Einfallswinkel einen ausreichend hohen Reflexionsgrad von über 95% bereitstellt.
Wenngleich der erfindungsgemäß erfolgende Einsatz wenigstens eines Spiegels innerhalb der Heizanordnung bei dem in 1 oder 2 gezeigten Anwendungsbeispiel vorzugsweise auf Seiten des optischen Teleskops 130, 140 bzw. 230 im Hinblick auf die dort vergleichsweise großen Werte der zu erwartenden maximalen Bestrahlintensität erfolgt, ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt. Insbesondere kann in anderen Anwendungen zusätzlich oder alternativ der Einsatz eines oder mehrerer Spiegel auch an einer anderen Position innerhalb der die Heizeinheit bildenden Optik, z.B. im Bereich des optischen Kollimators 110 bzw. 210, erfolgen.
Das in 3 gezeigte Ausführungsbeispiel eines optischen Kollimators weist zwei Spiegel 311, 312 auf. Der Spiegel 311 weist eine torische optische Wirkfläche mit zwei Radien Rx = -35.202216 mm und Ry = -36.850281 mm auf. Die Koordinaten des Ursprungs in Quelle-Koordinaten sind (0, 0, 7.6320000), und der Kippwinkel in Quelle-Koordinaten beträgt 11.97°. Der Spiegel 312 weist ebenfalls eine torische optische Wirkfläche mit zwei Radien Rx= -36.005011 mm und Ry = -39.555388 mm auf. Die Koordinaten des Ursprungs in Quelle-Koordinaten sind (0, 2.2439621, 2.5777410), und der Kippwinkel in Quelle-Koordinaten beträgt 41.261°.
Das in 4 gezeigte Ausführungsbeispiel eines Teleskops 430 weist vier Spiegel 431-434 mit jeweils asphärischer optischer Wirkfläche auf und bildet das Winkelspektrum des DOE's (welches z.B. dem DOE 224 aus 2 entspricht und in 4 nicht dargestellt, aber eintrittsseitig vom Spiegel 431 angeordnet ist) auf den zu heizenden Spiegel ab. Ein solcher Spiegel ist in 5 angedeutet, verkippt im optischen Strahlgang angeordnet und mit „450“ bezeichnet. Die Spotgröße auf dem zu heizenden Spiegel beträgt im Ausführungsbeispiel ca. 30µm. Es wird nur die Hälfte der zu heizenden Fläche (ohne Vignettierung) mit Strahlung beaufschlagt. Die Vergrößerung des Teleskops 430 beträgt β= 5, wobei Winkel bis zu 3° unterstützt werden.
Der Spiegel 431 weist eine torische optische Wirkfläche mit zwei Radien Rx= -21.44069 mm und Ry= -627.03403 mm auf. Die Koordinaten des Ursprungs in DOE-Koordinaten sind (0, 0, 10), und der Kippwinkel in DOE-Koordinaten beträgt 22.529543°. Tabelle 1 gibt für den Spiegel 431 die Asphärenkoeffizienten bis zur 4. Ordnung an. Die durch die optische Wirkfläche ausgebildete Freiformfläche wird hierbei durch ein Polynom vierter Ordnung beschrieben gemäß $f (x, y) = \sum_{n = 0}^{4} \sum_{m = 0}^{4} c_{n m} x^{n} y^{m}$
Tabelle 1:

n m C _nm

2 1 -2.32*10^-5 mm^-3

0 3 5. 10*10^-5 mm^-3

4 0 1.31*10^-5 mm^-4

2 2 2.83*10^-6 mm^-4

0 4 1.35*10^-5 mm^-4
Der Spiegel 432 weist eine torische optische Wirkfläche mit zwei Radien Rx= 7.445997 mm und Ry= -460.285833 mm auf. Die Koordinaten des Ursprungs in DOE-Koordinaten sind (0, 5.365294085389801, 4.645760386650385), und der Kippwinkel in DOE-Koordinaten beträgt 21.492417°. Tabelle 2 gibt für den Spiegel 432 analog zu Tabelle 1 die Asphärenkoeffizienten bis zur 4. Ordnung an: Tabelle 2:

n m C _nm

2 1 3.51*10^-4 mm^-3

0 3 -9.55*10^-5 mm^-3

4 0 -3.48*10^-4 mm^-4

2 2 -5.03*10^-5 mm^-4

0 4 -1.84*10^-5 mm^-4
Der Spiegel 433 weist eine torische optische Wirkfläche mit zwei Radien Rx= -49.353522 mm und Ry= -32.780797 mm auf. Die Koordinaten des Ursprungs in DOE-Koordinaten sind (0, 6.120438429146021, 25.49553182682347), und der Kippwinkel in DOE-Koordinaten beträgt -18.58314900000001°. Tabelle 3 gibt für den Spiegel 433 analog zu Tabelle 1 die Asphärenkoeffizienten bis zur 4. Ordnung an: Tabelle 3:

n m C _nm

2 1 1. 36*10^-4 mm^-3

0 3 2.60*10^-4 mm^-3

4 0 -2 .24*10^-7 mm^-4

2 2 1.75*10^-5 mm-4

0 4 1.23*10^-5 mm^-4
Der Spiegel 434 weist eine torische optische Wirkfläche mit zwei Radien Rx= 28.872586 mm und Ry= 7.455634 mm auf. Die Koordinaten des Ursprungs in DOE-Koordinaten sind (0, 0.3285899881067937, 17.25213274393808), und der Kippwinkel in DOE-Koordinaten beträgt -17.50913°. Tabelle 4 gibt für den Spiegel 434 analog zu Tabelle 1 die Asphärenkoeffizienten bis zur 4. Ordnung an: Tabelle 4:

n m C _nm

2 1 -1.35*10^-3 mm^-3

0 3 -3.11*10^-3 mm^-3

4 0 3.53*10^-5 mm^-4

2 2 -1.33*10^-4 mm^-4

0 4 3.67*10^-5 mm^-4
Den in 3-4 beispielhaft dargestellten möglichen Ausgestaltungen eines erfindungsgemäß innerhalb der Heizeinheit eingesetzten Spiegelsystems ist gemeinsam, dass diese keine durchgehende optische Achse aufweisen, was insbesondere hinsichtlich der gebotenen Minimierung des jeweils benötigten Bauraums - im Vergleich zu einem grundsätzlich erfindungsgemäß ebenfalls einsetzbaren Schwarzschild-Design mit durchgehender optischer Achse - vorteilhaft ist. Des Weiteren weist das betreffende Spiegelsystem vorzugsweise (jedoch ebenfalls ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt wäre) wenigstens eine asphärisch geformte optisch wirksame Fläche auf, wodurch Bildfehler, die mit dem aus Bauraumgründen vorteilhaften Verzicht auf einen rotationssymmetrischen Aufbau einhergehen, wirksam korrigiert werden können.
Gemäß 6 kann die Einkopplung elektromagnetischer (Heiz-)Strahlung in ein zu heizendes optisches Element 600 (hier in Form eines konkaven Spiegels mit einer optischen Wirkfläche 601) zwecks Heizen dieses optischen Elements 600 auch über eine erste Heizeinheit 610 und eine zweite Heizeinheit 620 erfolgen. Dabei können die Heizeinheiten 610, 620 jeweils den zuvor unter Bezugnahme auf 1-5 beschriebenen Aufbau aufweisen. Gemäß 6 trifft ein von der ersten Heizeinheit 610 erzeugtes Strahlbündel auf denjenigen, mit „A“ bezeichneten Bereich der optischen Wirkfläche 601, welcher näher an der zweiten Heizeinheit 620 liegt (d.h. der zweiten Heizeinheit 620 zugewandt ist). Hingegen trifft das von der zweiten Heizeinheit 620 erzeugte Strahlbündel auf den mit „B“ bezeichneten Bereich der optischen Wirkfläche 601, welcher näher an der Heizeinheit 610 liegt. Mit anderen Worten sind die Heizeinheiten 610, 620 relativ zum optischen Element 600 bzw. dessen optischer Wirkfläche 601 derart angeordnet, dass die jeweils erzeugten Strahlbündel einander überlappen bzw. die den jeweiligen Strahlbündeln zugeordneten Schwerstrahlen einander auf ihrem Weg zur optischen Wirkfläche 610 überkreuzen, wodurch die „Einhaltung“ des zur Reflexionsminimierung bzw. -begrenzung geeigneten Einfallswinkelbereichs über die gesamte optische Wirkfläche hinweg erzielt werden kann.
Wenngleich es sich in den zuvor beschriebenen Ausführungsformen bei dem zu heizenden optischen Element jeweils um einen (insbesondere für den Betrieb im EUV-Bereich ausgelegten) Spiegel handelt, ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt. In weiteren Ausführungsformen kann es sich bei dem zu heizenden optischen Element auch um einen für andere Arbeitswellenlängen (z.B. für den DUV-Bereich, d.h. für Wellenlängen kleiner als 250nm, insbesondere kleiner als 200nm) ausgelegten Spiegel oder auch um eine Linse handeln.
Wenn die Erfindung auch anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben wurde, erschließen sich für den Fachmann zahlreiche Variationen und alternative Ausführungsformen, z.B. durch Kombination und/oder Austausch von Merkmalen einzelner Ausführungsformen. Dementsprechend versteht es sich für den Fachmann, dass derartige Variationen und alternative Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung mit umfasst sind, und die Reichweite der Erfindung nur im Sinne der beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalente beschränkt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017207862 A1 [0011]

Claims

Optisches System, insbesondere in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, mit • einem optischen Element (450); und • wenigstens einer Heizeinheit (100, 200) zum Heizen des optischen Elements (450) durch Beaufschlagen des optischen Elements (450) mit elektromagnetischer Strahlung; • wobei die Heizeinheit (100) wenigstens einen Spiegel (311, 312, 431, 432, 433, 434) mit nicht-planer optischer Wirkfläche aufweist.
Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Spiegel (311, 312) Bestandteil eines optischen Kollimators (110, 310) ist.
Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinheit ein ausschließlich aus Spiegeln aufgebautes Teleskop (130, 140, 230, 430) aufweist.
Optisches System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass dieses Teleskop (130, 140, 230, 430) keine durchgehende optische Achse aufweist.
Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Spiegel (431, 432, 433, 434) ein asphärischer Spiegel ist.
Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Spiegel eine optisch wirksame Freiformfläche aufweist.
Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Spiegel (311, 312, 431, 432, 433, 434) ein Spiegelsubstrat besitzt, welches ein Spiegelsubstratmaterial mit einem Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten von wenigstens 10Wm^-1K^-1, insbesondere wenigstens 50Wm^-1K^-1, weiter insbesondere wenigstens 100Wm^-1K^-1, aufweist.
Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Spiegel (311, 312, 431, 432, 433, 434) an eine Wärmeabfuhrkomponente aus einem Material mit einem Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten von wenigstens 10Wm^-1K^-1, insbesondere wenigstens 50Wm^-1K^-1, weiter insbesondere wenigstens 100Wm^-1K^-1, thermisch gekoppelt ist.
Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses wenigstens einen Kühler zum Abführen von Wärme von dem wenigstens einen Spiegel (311, 312, 431, 432, 433, 434) aufweist.
Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Spiegel (311, 312, 431, 432, 433, 434) wenigstens einen mit einem Kühlfluid beaufschlagbaren Kühlkanal aufweist.
Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zu heizende optische Element (450) ein Spiegel ist.
Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zu heizende optische Element (450) für eine Arbeitswellenlänge von weniger als 30nm, insbesondere weniger als 15nm, ausgelegt ist.
Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses ein optisches System einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, insbesondere eine Beleuchtungseinrichtung oder ein Projektionsobjektiv, ist.
Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage mit einem optischen System nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
Heizeinheit zur Verwendung in einem optischen System nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
Verfahren zum Heizen eines optischen Elements in einem optischen System, wobei das optische Element (450) über wenigstens eine Heizeinheit (100, 200) mit einem Strahlbündel elektromagnetischer Strahlung beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Heizeinheit (100, 200) eine Heizeinheit nach Anspruch 15 verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizen des optischen Elements (450) derart erfolgt, dass eine örtliche und/oder zeitliche Variation einer Temperaturverteilung in dem optischen Element (450) reduziert wird.