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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines optischen Systems, sowie einen Spiegel und ein optisches System, insbesondere für eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage.
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Stand der Technik
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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.
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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.
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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.
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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.
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Weitere Ansätze zur Vermeidung von durch Wärmeeinträge in einen EUV-Spiegel verursachten Oberflächendeformationen beinhalten ein aktives direktes Kühlen. Hierbei stellt jedoch mit zunehmender Leistung der Lichtquelle die Sicherstellung einer hinreichend effizienten Wärmeableitung bei zugleich zu gewährleistender hoher Präzision hinsichtlich der optischen Wirkung des Spiegels eine anspruchsvolle Herausforderung dar.
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Insbesondere tritt in der Praxis das Problem auf, dass ein im Betrieb des optischen Systems bzw. Spiegels von einem Kühlfluid durchströmter Kühlkanal selbst parasitäre Beiträge zur Deformation der optischen Wirkfläche des Spiegels liefern kann. Solche Beiträge können zum einen aus dem sich im Spiegelsubstrat ausbildenden (und bei geringer thermischer Leitfähigkeit des Spiegelsubstratmaterials besonders ausgeprägten) Temperaturgradienten resultieren, welcher über die thermische Ausdehnung im Spiegelsubstratmaterial letztlich zur Deformation der optische Wirkfläche in Abhängigkeit von der Kühlkanalgeometrie beiträgt. Des Weiteren kann auch der vom strömenden Kühlfluid über die Kühlkanalwandung auf das Spiegelsubstrat übertragene mechanische Druck eine elastische Ausdehnung des Spiegelsubstratmaterials bewirken, welche einen von der Kühlkanalgeometrie abhängigen parasitären Deformationsbeitrag der optischen Wirkfläche liefert. Die vorstehend beschriebenen Probleme werden mit steigender Quellleistung umso gravierender, da dann auch die zur Vermeidung thermisch induzierter Deformationen erforderliche, in den jeweiligen Spiegel einzutragende Kühlleistung steigt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines optischen Systems sowie einen Spiegel und ein optisches System, insbesondere für eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage, bereitzustellen, welche eine wirksame Vermeidung von thermisch induzierten Deformationen unter zumindest Abmilderung der vorstehend beschriebenen Probleme ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der nebengeordneten Patentansprüche gelöst.
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Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines optischen Systems, wobei das optische System wenigstens einen Spiegel mit einer optischen Wirkfläche und einem Spiegelsubstrat aufweist, wobei in dem Spiegelsubstrat wenigstens ein Kühlkanal angeordnet ist,
- - wobei der Kühlkanal von einem Kühlfluid mit variabler Kühlfluidtemperatur und variablem Kühlfluiddruck zur Aufnahme von Wärme durchströmt wird, die in dem Spiegelsubstrat durch auf die optische Wirkfläche auftreffende, von einer Lichtquelle erzeugte elektromagnetische Strahlung generiert wird;
- - wobei Kühlfluidtemperatur und Kühlfluiddruck in Abhängigkeit von der Quellleistung variiert werden; und
- - wobei diese Variation derart erfolgt, dass sich ein erster parasitärer Beitrag zur Deformation der optischen Wirkfläche, welcher durch einen vom Kühlfluid in dem Spiegelsubstrat erzeugten Temperaturgradienten bewirkt wird, und ein zweiter parasitärer Beitrag zur Deformation der optischen Wirkfläche, welcher durch einen vom Kühlfluid auf das Spiegelsubstrat übertragenen mechanischen Druck bewirkt wird, einander wenigstens teilweise kompensieren.
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Der Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, in einem optischen System mit einem über wenigstens einen von Kühlfluid durchströmten Kühlkanal aktiv gekühlten Spiegel unerwünschte Beiträge dieses Kühlkanals und insbesondere von dessen Kühlkanalgeometrie zu der letztendlich bewirkten Deformation der optischen Wirkfläche des Spiegels dadurch zu vermeiden oder zumindest zu verringern, dass die beiden Parameter „Kühlfluidtemperatur“ und „Kühlfluiddruck“ in Abhängigkeit von der jeweiligen Quellleistung in solcher Weise geeignet variiert werden, dass die vorstehend beschriebenen parasitären Effekte (d.h. der Effekt eines sich innerhalb des Spiegelsubstrats ausbildenden Temperaturgradienten einerseits und der Effekt eines vom strömenden Kühlfluid über die Kühlkanalwandung ausgeübten mechanischen Drucks andererseits) gegeneinander „ausbalanciert“ werden.
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Hierbei geht die Erfindung von der Überlegung aus, dass eine thermisch induzierte Oberflächendeformation eines im Betrieb mit elektromagnetischer (z.B. EUV-) Strahlung beaufschlagten Spiegels, welcher über wenigstens einen von Kühlfluid durchströmten Kühlkanal aktiv gekühlt wird, letztlich durch die drei Parameter „Quellleistung“, „Kühlfluidtemperatur“ und „Kühlfluiddruck“ bestimmt wird, wobei eine Minimierung von thermisch induzierten Oberflächenfehlern der optischen Wirkfläche des Spiegels und daraus resultierenden Wellenfrontfehlern des optischen Systems über unterschiedliche geeignete Kombinationen von Werten (d.h. unterschiedliche „Wertetripel“) der besagten Parameter Quellleistung, Kühlfluidtemperatur und Kühlfluiddruck erzielt werden kann.
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Wenn beispielsweise eine erhöhte Quellleistung eine Absenkung der Kühlfluidtemperatur erfordert, kann durch geeignete zusätzliche Anpassung des Kühlfluiddrucks erreicht werden, dass die jeweiligen parasitären Beiträge von Kühlfluiddruck und Kühlfluidtemperatur zur Oberflächendeformation gerade so gegeneinander ausbalanciert werden, dass im Ergebnis eine minimale thermisch induzierte Störung bzw. Deformation der optischen Wirkfläche beibehalten wird.
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Gemäß einer Ausführungsform erfolgt die Variation von Kühlfluidtemperatur und Kühlfluiddruck zumindest teilweise auf Basis einer Vorab-Kalibrierung, bei welcher für diese Kompensation geeignete Kombinationen der jeweiligen Werte von Quellleistung, Kühlfluidtemperatur und Kühlfluiddruck zur Erzeugung einer Nachschlag-Tabelle ermittelt werden.
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Mit anderen Worten kann die Variation von Kühlfluidtemperatur und Kühlfluiddruck basierend auf einem zuvor aufgenommenen Kennfeld erfolgen, im welchem für unterschiedliche Wertetripel der Parameter Quellleistung, Kühlfluidtemperatur und Kühlfluiddruck eine für die jeweilige Reststörung bzw. den Oberflächenfehler charakteristische Größe (z.B. als RMS-Wert) angegeben wird. Auf Basis dieses Kennfeldes kann dann im Falle einer im Betrieb des optischen Systems bzw. Spiegels erforderlich werdenden Änderung von zwei Parametern (z.B. Quellleistung und Kühlfluidtemperatur) unmittelbar anhand der Vorab-Kalibrierung ermittelt werden, welcher Wert für den jeweils verbleibenden Parameter (z.B. den Kühlfluiddruck) zu wählen ist, um im Ergebnis den Oberflächenfehler auf einen Wert von nahezu Null zurückzustellen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt diese Ermittlung zumindest teilweise auf Basis von Wellenfrontmessungen im optischen System und/oder interferometrischen Messungen der Passe des Spiegels.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt diese Ermittlung von Kühlfluidtemperatur und Kühlfluiddruck zumindest teilweise auf Basis einer Simulation.
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Gemäß einer Ausführungsform erfolgt die Variation von Kühlfluidtemperatur und Kühlfluiddruck zumindest teilweise auf Basis von im laufenden Betrieb des optischen Systems durchgeführten Messungen der aktuellen Wellenfronteigenschaften.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der Spiegel für eine Arbeitswellenlänge von weniger als 30nm, insbesondere weniger als 15nm, ausgelegt.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das optische System ein Projektionsobjektiv oder eine Beleuchtungseinrichtung einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.
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Die Erfindung betrifft weiter auch ein optisches System, mit
- - wenigstens einem Spiegel mit einer optischen Wirkfläche und einem Spiegelsubstrat, wobei in dem Spiegelsubstrat wenigstens ein Kühlkanal angeordnet ist, wobei der Kühlkanal von einem Kühlfluid mit variabler Kühlfluidtemperatur und variablem Kühlfluiddruck zur Aufnahme von Wärme durchströmbar ist, die in dem Spiegelsubstrat durch auf die optische Wirkfläche auftreffende, von einer Lichtquelle erzeugte elektromagnetische Strahlung generiert wird; und
- - einer Einrichtung zur Variation von Kühlfluidtemperatur und Kühlfluiddruck in Abhängigkeit von der Quellleistung derart, dass sich ein erster parasitärer Beitrag zur Deformation der optischen Wirkfläche, welcher durch einen vom Kühlfluid in dem Spiegelsubstrat erzeugten Temperaturgradienten bewirkt wird, und ein zweiter parasitärer Beitrag zur Deformation der optischen Wirkfläche, welcher durch einen vom Kühlfluid auf das Spiegelsubstrat übertragenen mechanischen Druck bewirkt wird, wenigstens teilweise gegenseitig kompensieren.
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Die Erfindung betrifft weiter auch einen Spiegel, insbesondere für eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage, wobei der Spiegel eine optische Wirkfläche aufweist, mit
- - einem Spiegelsubstrat; und
- - einer Mehrzahl von in dem Spiegelsubstrat angeordneten Hohlräumen, welche jeweils mit einem Fluid beaufschlagbar sind;
- - wobei durch Variation des Fluiddrucks in diesen Hohlräumen eine Deformation auf die optische Wirkfläche übertragbar ist.
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Gemäß diesem Aspekt beinhaltet die Erfindung das weitere Konzept, den vorstehend diskutierten Beitrag eines Fluiddrucks und der hierdurch über die jeweilige Kanalwandung auf das Spiegelsubstrat wirkenden und dessen elastische Deformation bewirkenden Kraft zur letztendlich erzielten Deformation der optischen Wirkfläche gewissermaßen als erwünschten Effekt gezielt zu nutzen, um so im Ergebnis einen adaptiven Spiegel und damit einen zusätzlichen Freiheitsgrad bei der Einstellung der durch das den Spiegel aufweisende optische System generierten Systemwellenfront bereitzustellen. Dabei geht die Erfindung auch von der Erkenntnis aus, dass durch geeignete (und im Weiteren noch detaillierter beschriebene) Ausgestaltung der besagten Hohlräume insbesondere hinsichtlich deren Abmessungen sowie deren Abstand von der optischen Wirkfläche erreicht werden kann, dass über eine unabhängig voneinander erfolgende Druckbeaufschlagung der einzelnen Hohlräume einerseits noch ein gezielt lokal variierendes Deformationsprofil erzeugt werden kann, andererseits aber - bei hinreichendem gegenseitigen „Überlapp“ benachbarter Hohlräume hinsichtlich deren Deformationsbeitrag - noch ein quasikontinuierlicher Deformationsverlauf erzeugbar ist.
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Gemäß einer Ausführungsform weisen zumindest eine Teilzahl dieser Hohlräume den gleichen Abstand von der optischen Wirkfläche auf.
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Gemäß einer Ausführungsform weisen die Mehrzahl von Hohlräumen Paare von in Richtung der optischen Wirkfläche übereinander gestapelten Hohlräumen auf, so dass durch Beaufschlagung der Hohlräume ein- und desselben Paares mit unterschiedlichem Fluiddruck ein Beitrag zur Deformation der optischen Wirkfläche durch eine längs der optischen Wirkfläche wirkende Kraftkomponente erzeugbar ist.
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Gemäß diesem Ansatz kann ebenfalls - alternativ oder zusätzlich zur geeigneten Dimensionierung der einzelnen Hohlräume - ein quasikontinuierlicher Deformationsverlauf (im Sinne der Vermeidung jeweils lokal streng abgegrenzter Deformationswirkungen der einzelnen Hohlräume) begünstigt werden, wobei sich die Erfindung hier das auch dem „Bimetalleffekt“ zugrundeliegende Prinzip der Deformationserzeugung aufgrund voneinander verschiedener Ausdehnungen von jeweils zwei aneinander fixierten Komponenten zunutze macht.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Fluid ein die Hohlräume durchströmendes Kühlfluid zur Aufnahme von Wärme, die in dem Spiegelsubstrat durch auf die optische Wirkfläche auftreffende elektromagnetische Strahlung generiert wird.
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Gemäß diesem Ansatz dient somit das zur Bereitstellung der erwünschten Deformation der optischen Wirkfläche im erfindungsgemäßen adaptiven Spiegel verwendete Fluid zugleich als Kühlfluid. Die Erfindung ist jedoch hierauf nicht beschränkt, so dass auch Ausführungsformen ohne zusätzliche (Kühl-)Funktionalität des betreffenden Fluids von der Erfindung umfasst sein sollen.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Figurenliste
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des möglichen Aufbaus eines Spiegels gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 2-3 schematische Darstellungen zur Erläuterung des möglichen Aufbaus eines Spiegels gemäß einer weiteren Ausführungsform;
- 4a-4c schematische Darstellungen zur Erläuterung von Aufbau und Funktionsweise eines Spiegels gemäß einer weiteren Ausführungsform;
- 5 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des möglichen Aufbaus eines Spiegels gemäß einer weiteren Ausführungsform; und
- 6 eine schematische Darstellung des möglichen Aufbaus einer für den Betrieb im EUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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6 zeigt zunächst schematisch im Meridionalschnitt den möglichen Aufbau einer für den Betrieb im EUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.
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Gemäß 6 weist die Projektionsbelichtungsanlage 1 eine Beleuchtungseinrichtung 2 und ein Projektionsobjektiv 10 auf. Eine Ausführung der Beleuchtungseinrichtung 2 der Projektionsbelichtungsanlage 1 hat neben einer Licht- bzw.
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Strahlungsquelle 3 eine Beleuchtungsoptik 4 zur Beleuchtung eines Objektfeldes 5 in einer Objektebene 6. Bei einer alternativen Ausführung kann die Lichtquelle 3 auch als ein zur sonstigen Beleuchtungseinrichtung separates Modul bereitgestellt sein. In diesem Fall umfasst die Beleuchtungseinrichtung die Lichtquelle 3 nicht.
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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 6 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 6 längs der y-Richtung. Die z-Richtung verläuft senkrecht zur Objektebene 6.
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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.
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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.
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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 6 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.
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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 kann somit insbesondere vorteilhaft auf einen beliebigen Spiegel der mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage 1 von 6 angewendet werden.
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Die Erfindung ist nicht auf die Anwendung in einer für den Betrieb im EUV ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage beschränkt. Insbesondere kann die Erfindung auch in einer für den Betrieb im DUV (d.h. bei Wellenlängen kleiner als 250nm, insbesondere kleiner als 200nm) ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage oder auch in einem anderen optischen System vorteilhaft angewendet werden.
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1 zeigt in lediglich schematischer Darstellung eine mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Spiegels 100. Der Spiegel 100 weist ein Spiegelsubstrat 101 (z.B. aus ULE™) und ein - in 1 nicht dargestelltes - Reflexionsschichtsystem (z.B. in Form eines Molybdän (Mo)-Silizium (Si)-Vielfachschichtstapels) auf. Innerhalb des Spiegelsubstrats 101 befinden sich eine Mehrzahl von (im Ausführungsbeispiel im Wesentlichen taschenförmigen) Hohlräumen 110, welche wiederum unabhängig voneinander jeweils über eine zu einem Bereich außerhalb des Spiegelsubstrats 101 führende Fluidzufuhr 110a bzw. Fluidabfuhr 110b mit einem Fluid beaufschlagbar sind. Die Dimensionierung sowie der jeweilige Abstand der einzelnen Hohlräume 110 bzw. Taschen werden je nach Spiegelgröße in geeigneter Weise so gewählt, dass durch individuelle Fluiddruckbeaufschlagung der einzelnen Hohlräume 110 einerseits noch eine hinreichend ortsaufgelöste Variation des Oberflächenprofils des Spiegels 100 erzielbar ist, andererseits aber - infolge hinreichender „Tiefe“ der Anordnung der Hohlräume 110 innerhalb des Spiegelsubstrats 101 von der optischen Wirkfläche aus - noch ein kontinuierliches Deformationsprofil erhalten wird.
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In beispielhaften Ausführungsformen kann der Abstand der einzelnen Hohlräume 110 bzw. Taschen von der optischen Wirkfläche im Bereich von 2 mm bis 100 mm, insbesondere 3 mm bis 50 mm, weiter insbesondere 5 mm bis 20 mm liegen. Des Weiteren können die lateralen Abmessungen der Hohlräume 110 bzw. Taschen lediglich beispielhaft im Bereich von 5 mm bis 150 mm liegen. Ebenfalls lediglich beispielhaft (und ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt wäre) können besagte laterale Abmessungen der Hohlräume 110 bzw. Taschen abhängig von der Spiegelgröße z.B. so gewählt werden, dass größenordnungsmäßig 80% der lateralen Querschnittsfläche des Spiegels 100 von Hohlräumen bzw. Taschen „abgedeckt“ sind, so dass die verbleibenden 20% der lateralen Spiegelfläche den Zwischenräumen zwischen den Hohlräume 110 bzw. Taschen entsprechen.
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Die Erfindung ist hinsichtlich der Geometrie der einzelnen Hohlräume 110 bzw. Taschen nicht weiter eingeschränkt, wobei jedoch abgerundete Strukturen wie beispielhaft in 1 dargestellt zur Vermeidung des Auftretens unerwünschter mechanischer Spannungsspitzen im Spiegelsubstratmaterial sowie auch unter fertigungstechnischen Gesichtspunkten bevorzugt sind.
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In Ausführungsformen der Erfindung können die einzelnen Hohlräume 110 bzw. Taschen insbesondere den jeweils gleichen Abstand von der optischen Wirkfläche aufweisen (so dass die Anordnung der Hohlräume 110 in der Tiefe im Spiegelsubstrat 101 der Oberflächenform bzw. dem Verlauf der optischen Wirkfläche folgt).
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Die Fertigung des Spiegels 100 erfolgt vorzugsweise in solcher Weise, dass das Spiegelsubstrat 101 aus separaten Spiegelsubstratteilen zusammengesetzt wird, in welche wiederum die Grenzflächen der im fertigen Spiegel auszubildenden Hohlräume 110 eingearbeitet sind.
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Das Fluid, mit welchem die Hohlräume 110 bzw. Taschen innerhalb des erfindungsgemäßen adaptiven Spiegels 100 beaufschlagt werden, kann - ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt wäre - insbesondere ein Kühlfluid sein, wobei die jeweilige Fluidtemperatur z.B. abhängig von der Quellleistung im optischen System eingestellt werden kann, um unerwünschte thermisch induzierte Deformationen des Spiegels 100 aufgrund von dessen Beaufschlagung mit elektromagnetischer Strahlung zu vermeiden oder zu verringern. Die Erfindung ist jedoch hierauf nicht beschränkt. 2 zeigt hierzu eine (zu 1 im Übrigen weitgehend analoge) Ausführungsform, in welcher das zur Beaufschlagung der einzelnen Hohlräume bzw. Taschen 210 dienende Fluid keine zusätzliche Kühlfunktionalität besitzt. Da demzufolge auch kein Durchströmen der Hohlräume 210 erforderlich ist, weisen gemäß 2 die einzelnen Hohlräume 210 bzw. Taschen lediglich eine Fluidzufuhr 210a (und keine zusätzliche Fluidabfuhr) auf.
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Zur Vereinfachung des Fertigungsprozesses können die Fluidzufuhren 210a der Hohlräume 210 gemäß 2 bzw. die Kühlfluidzufuhren und -abfuhren 110a, 110b gemäß 1 jeweils in der gleichen Ebene bzw. Tiefe wie die zugehörigen Hohlräume 210 bzw. 110 angeordnet sein und hierzu bei der Fertigung in die entsprechenden Substratteile eingearbeitet werden. In weiteren Ausführungsformen kann jedoch - wie in 3 lediglich schematisch dargestellt - auch eine Anordnung von Zuleitungen in unterschiedlichen Ebenen realisiert sein. So ist im Beispiel von 3 (in welcher ein Spiegel 300 mit Spiegelsubstrat 301 und Reflexionsschichtsystem 302 stark vereinfacht dargestellt ist) in einer Anordnung von drei Hohlräumen 310 mit jeweils einer Fluidzuleitung 310a die mittlere dieser Zuleitungen 310a in größerer Tiefe bzw. größerem Abstand von der optischen Wirkfläche nach außen (d.h. in den Bereich außerhalb des Spiegelsubstrats 301) geführt als die zu den benachbarten Hohlräumen 310 führenden Zuleitungen 310a. Hierbei wird unter Inkaufnahme eines erhöhten Fertigungsaufwandes eine gegebenenfalls unerwünschte Beeinflussung des über die Fluidbeaufschlagung der Hohlräume 310 eingestellten Deformationsprofils durch den sich in den Zuleitungen 310a einstellenden Fluiddruck vermieden.
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4a-4c zeigen schematische Darstellungen zur Erläuterung von Aufbau und Funktionsweise eines adaptiven Spiegels 400 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Gemäß dieser Ausführungsform sind innerhalb eines Spiegelsubstrats 401 Paare von in Richtung der optischen Wirkfläche jeweils zwei übereinander gestapelten Hohlräumen 410, 411 angeordnet, wobei die betreffenden Hohlräume 410, 411 unabhängig voneinander (über in 4a-4c jeweils nicht dargestellte, jedoch analog zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ausgestaltete Fluidzufuhren) beaufschlagbar sind. Zur Trennung der jeweils übereinander gestapelten Hohlräume 410, 411 kann zwischen diesen eine z.B. aus metallischem Material hergestellte und eine beispielhafte Dicke von größenordnungsmäßig 1 mm aufweisende Platte angeordnet sein. Hierbei kann sich die Erfindung insbesondere den Umstand zunutze machen, dass im Betrieb des optischen Systems im Falle der Durchströmung der Hohlräume 410, 411 mit einem Kühlfluid eine effiziente Kühlung im Bereich der besagten Platte erfolgt, so dass auf die Verwendung eines (grundsätzlich ebenfalls verwendbaren) Materials mit ultraniedriger thermischer Expansion wie ULE™ ggf. verzichtet werden kann.
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Eine in 4b angedeutete Beaufschlagung der jeweils zu ein- und demselben Paar gehörenden Hohlräume 410, 411 mit voneinander verschiedenem Fluiddruck hat nun wie in 4c angedeutet und analog zu dem bekannten Bimetalleffekt letztlich ebenfalls eine Deformation der optischen Wirkfläche zur Folge. Da diese Deformation im Unterschied zu den zuvor anhand von 1-3 beschriebenen Ausführungsformen jedoch originär durch eine längs der optischen Wirkfläche wirkende Kraftkomponente (entsprechend der in 4b angedeuteten unterschiedlichen Ausdehnung der Hohlräume 410, 411 in lateraler bzw. längs zur optischen Wirkfläche verlaufender Richtung) hervorgerufen wird, kann die grundsätzlich gewünschte Ausbildung eines kontinuierlichen Deformationsprofils (im Sinne der Vermeidung einer lokal streng getrennten Deformationswirkung der einzelnen Hohlräume) zusätzlich unterstützt werden.
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Die Erfindung ist hinsichtlich der mit Fluid beaufschlagten, innerhalb des Spiegelsubstrats befindlichen Hohlräume nicht auf die gemäß 1-3 sowie 4a-4c gewählte taschenförmige Geometrie beschränkt. Insbesondere können besagte Hohlräume auch in Form von Kanälen ausgestaltet sein, wobei wiederum zur Realisierung mehrerer unabhängig voneinander mit Fluiddruck beaufschlagbarer Bereiche separate Kanalabschnitte ausgebildet sein können. 5 zeigt hierzu eine wiederum lediglich beispielhafte Ausgestaltung, bei welcher in einem Spiegel 500 innerhalb eines Spiegelsubstrats 501 als Hohlräume 510 mehrere separate, jeweils an eine Fluidzufuhr und eine Fluidabfuhr angeschlossene Kanalabschnitte vorgesehen sind, welche im Ausführungsbeispiel jeweils eine im Wesentlichen mäanderförmige Geometrie besitzen. Eine derartige Geometrie der die Hohlräume 510 bildenden Kanalabschnitte kann insbesondere in Ausführungsformen mit Ausgestaltung des verwendeten Fluids als Kühlfluid vorteilhaft sein, um eine Einleitung unerwünschter zeitlich variierender Vibrationen in den Spiegel 500 aufgrund des strömenden (Kühl-)Fluids zu vermeiden.
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Im Falle der Ausgestaltung des Fluids als ein das Spiegelsubstrat eines Spiegels durchströmendes Kühlfluid erfolgt gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung eine geeignete Variation der Kühlfluidtemperatur einerseits und des Kühlfluiddrucks andererseits in Abhängigkeit von der jeweiligen Quellleistung der die auf den Spiegel auftreffende elektromagnetische Strahlung erzeugenden Quelle in solcher Weise, dass parasitäre Effekte eines sich innerhalb des Spiegelsubstrats ausbildenden Temperaturgradienten einerseits und eines vom strömenden Kühlfluid über die Kühlkanalwandung ausgeübten mechanischen Drucks andererseits gegeneinander ausbalanciert werden. Mit anderen Worten kann etwa durch geeignete Anpassung des Kühlfluiddrucks vermieden werden, dass eine (z.B. infolge steigender Quellleistung erforderlich werdende) Änderung der Kühlfluidtemperatur über den sich innerhalb des Spiegelsubstrats ausbildenden Temperaturgradienten zu einem unerwünschten parasitären Deformationsbeitrag führt.
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Dabei kann in Ausführungsformen der Erfindung insbesondere vorab ein entsprechendes Kennfeld (durch Simulation und/oder Messung bzw. Kalibrierung) aufgenommen werden, welches für unterschiedliche Kombinationen der Werte der Parameter Quellleistung, Kühlfluidtemperatur und Kühlfluiddruck die jeweils resultierende Störung bzw. Deformation der optischen Wirkfläche des Spiegels angibt. Im Ergebnis kann so eine effiziente Vermeidung thermisch induzierter Deformationen auch bei hohen Quellleistungen erreicht werden, da parasitäre Beiträge der jeweils vom Kühlfluid durchströmten Kühlkanäle auch bei Steigerung der in den jeweiligen Spiegel einzubringenden Kühlleistung wirksam vermieden werden können.
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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.
