DE102021214366A1

DE102021214366A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Vermeidung einer Degradation einer optischen Nutzoberfläche eines Spiegelmoduls, Projektionssystem, Beleuchtungssystem sowie Projektionsbelichtungsanlage

Info

Publication number: DE102021214366A1
Application number: DE102021214366.0A
Authority: DE
Inventors: Moritz Becker; Arnoldus Jan Storm; Julian Kaller
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2021-12-15
Filing date: 2021-12-15
Publication date: 2023-06-15
Also published as: TW202332940A; WO2023110338A1

Abstract

Spiegelmodul (100, 300, 400) für eine Projektionsbelichtungsanlage (200) umfassend,eine optische Nutzoberfläche (104, 303, 403),eine optische Messoberfläche (106, 305, 405, 405'),eine Messvorrichtung (113, 309, 409, 409') zur Ermittlung des Degradationszustandes der Messoberfläche,dadurch gekennzeichnet, dassdas Spiegelmodul (100) eine Temperiervorrichtung (108, 109) umfasst, die derart ausgestaltet ist, dass die Temperatur der optischen Messoberfläche (106, 305, 405, 405') kleiner als die Temperatur der optischen Nutzoberfläche (104, 303, 403), ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Spiegelmodul für eine Projektionsbelichtungsanlage, ein Beleuchtungssystem mit einem derartigen Spiegelmodul, ein Projektionsobjektiv mit einem derartigen Spiegelmodul sowie eine Projektionsbelichtungsanlage mit einem derartigen Beleuchtungssystem und/oder einem derartigen Projektionsobjektiv. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Vermeidung einer Degradation einer optischen Nutzoberfläche eines Spiegelmoduls für eine Projektionsbelichtungsanlage.
Projektionsbelichtungsanlagen für die Halbleiterlithografie dienen der Herstellung von mikrostrukturierten Bauelementen mittels eines photolithographischen Verfahrens. Dabei wird eine strukturtragende Maske, das sogenannte Retikel, mit Hilfe einer Projektionsoptik oder eines Projektionssystems auf eine photosensitive Schicht abgebildet. Die minimale Strukturbreite, die mit Hilfe einer solchen Projektionsoptik abgebildet werden kann, wird unter anderem durch die Wellenlänge des verwendeten Abbildungslichtes bestimmt. Je kleiner die Wellenlänge des verwendeten Abbildungslichtes ist, desto kleinere Strukturen können mit Hilfe der Projektionsoptik abgebildet werden. Aktuell wird Abbildungslicht mit der Wellenlänge 193 nm oder Abbildungslicht mit einer Wellenlänge im Bereich des extremen Ultravioletts (EUV), das heißt wenigstens 5 nm und höchstens 30 nm, verwendet. Bei der Verwendung von Abbildungslicht mit einer Wellenlänge von 193 nm kommen sowohl refraktive optische Elemente als auch reflektive optische Elemente innerhalb der Projektionsbelichtungsanlage zum Einsatz. Bei Verwendung von Abbildungslicht mit einer Wellenlänge im EUV-Bereich werden ausschließlich reflektive optische Elemente, insbesondere Spiegel als Bestandteil von Spiegelmodulen, verwendet, welche typischer Weise unter Vakuum-Bedingungen in einer Vakuumumgebung betrieben werden.
Derartige Spiegelmodule weisen üblicherweise optische Elemente mit einer reflektierenden Oberfläche durch eine reflektive Beschichtung auf, welche auf einem Substrat des optischen Elements angeordnet ist. Liegt die Wellenlänge des verwendeten Abbildungslichts im EUV-Bereich, umfasst die reflektive Beschichtung typischerweise mehrere Einzelschichten, die abwechselnd aus Materialien mit unterschiedlichen Brechungsindizes bestehen. Ein solches Mehrschichtsystem kann beispielsweise alternierende Silizium- und Molybdänschichten aufweisen. Im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage ist die reflektive Beschichtung EUV-Strahlung ausgesetzt, die eine chemische Reaktion der verwendeten Schichtmaterialien mit gasförmigen Stoffen begünstigt, die in einer Restgasatmosphäre in einem Innenraum des Spiegelmoduls, insbesondere innerhalb der Projektionsbelichtungsanlage vorhanden sind. Dieser Prozess bedingt eine Degradation der eingesetzten Schichtmaterialien, was zu einer Reduktion der Schichtreflektion führt und dadurch die Transmission des Gesamtsystems beeinträchtigt.
Zum Schutz der Einzelschichten vor Degradation ist auf der reflektiven Beschichtung typischerweise eine Deckschicht aufgebracht, die beispielsweise aus Ruthenium bestehen kann. Für einen möglichen Aufbau der Deckschicht wird auf US10061204 BB verwiesen. Auch an einer solchen Deckschicht kann eine Degradation, beispielsweise eine Oxidation, durch eine chemische Reaktion mit in der Vakuumumgebung vorhandenem Restgas erfolgen, wobei die chemische Reaktion durch die EUV-Strahlung ausgelöst oder zumindest begünstigt wird. Auch diese Degradation der Deckschicht beim Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage führt insbesondere zu einer unerwünschten Verringerung einer Reflektivität des jeweiligen optischen Elements innerhalb des Spiegelmoduls und somit zu einer Verringerung der Transmission des Spiegelmoduls.
Für den Aufbau von optischen Elementen in einer Projektionsbelichtungsanlage wird auf US9632436 BB, EP1927032 B1 und DE102018123328 A1 verwiesen.
Zusätzlich beschreibt die EP1901125 A1 den Einsatz mindestens einer optischen Oberfläche eines Testelement in unmittelbarer Umgebung eines reflektierenden optischen Elements angeordnet in einem Strahlengang jeweils als Bestandteil eines optischen Systems. Dabei weist die optische Oberfläche des Testelements eine zu dem reflektierenden optischen Element vergleichbare reflektierende optische Beschichtung auf und wird durch die unmittelbare Nähe zu diesem bei vergleichbaren Bedingungen betrieben. Unter gleichen Bedingungen werden beispielsweise das Restvakuum und die Strahlintensität verstanden. Dadurch können Veränderungen des reflektierenden optischen Elements durch eine Veränderung der optischen Oberfläche des Testelementes beschrieben werden. Jedoch bedeutet dieses Vorgehen, dass das gleiche Risiko einer Degradation für die Oberflächen beider Elemente besteht.
DE102019219024 beschreibt weiterhin ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vermeidung einer Degradation einer optischen Nutzoberfläche eines Spiegelmoduls durch die Bestimmung eines Degradationswertes zu verschiedenen Zeitpunkten im Betrieb. Auf dieser Basis kann ein Verlauf der Degradation abgeschätzt werden und ein Abgleich mit einem Grenzdegradationswert ist möglich, was wiederum die Grundlage für bestimmte Gegenmaßnahmen ist. Dabei erfolgt die Bestimmung des Degradationswertes mit Hilfe optischer Methoden, wie beispielsweise der Bestimmung eines Reflektivitätswertes, eines Polarisationswertes oder Phasenwertes. Auch bei diesem Vorgehen zur Ermittlung einer Degradation ist die optische Nutzoberfläche einem erhöhten Risiko einer tatsächlichen Degradation ausgesetzt.
Vor dem obigen Hintergrund ist es Aufgabe der Erfindung, ein Spiegelmodul für eine Projektionsbelichtungsanlage bereitzustellen, bei dem das Risiko einer Degradation der optischen Nutzoberfläche im Betrieb frühzeitig ermittelt wird und die Degradation damit wirksam vermieden werden kann.
Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Vermeidung einer Degradation einer optischen Nutzoberfläche eines Spiegelmoduls für eine Projektionsbelichtungsanlage bereit zu stellen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Spiegelmodul, das eine optische Nutzoberfläche, eine optische Messoberfläche und eine Messvorrichtung umfasst. Eine optische Nutzoberfläche meint dabei eine reflektierende optische Oberfläche, die ein Abbildungslicht nach Reflektion für eine weitere Verwendung nutzbar macht. Eine optische Messoberfläche meint dabei eine zur optischen Nutzoberfläche identische reflektierende optische Oberfläche, die ein Abbildungslicht nach Reflektion nicht für eine weitere Verwendung nutzbar machen kann. Vielmehr ist die optische Nutzoberfläche durch die optische Messoberfläche beschreibbar. Die Messvorrichtung dient dabei der Ermittlung eines Degradationszustandes der Messoberfläche. Des Weiteren umfasst das Spiegelmodul eine Temperiervorrichtung, die derart ausgestaltet ist, dass die Temperatur der Messoberfläche kleiner als die Temperatur der optischen Nutzoberfläche ist. Eine Temperiervorrichtung meint im Sinne dieser Anmeldung eine aktive Vorrichtung zur gezielten Einstellung einer Temperatur der optischen Messoberfläche und/oder optischen Nutzoberfläche und/oder eine passive Vorrichtung zur bevorzugten Einstellung einer Temperaturdifferenz zwischen der optischen Messoberfläche und der optischen Nutzoberfläche. Zur gezielten Einstellung der Temperatur(en) kann die Temperiervorrichtung als aktive Vorrichtung aus mehreren Einheiten, den Temperiereinheiten bestehen. Bei der Einstellung der Temperatur der optischen Messoberfläche und/oder optischen Nutzoberfläche kann sich auch eine Temperaturverteilung über die jeweilige Oberfläche ergeben. In diesem Fall bezieht sich die kleinere Temperatur der optischen Messoberfläche auf das Temperaturmaximum der optischen Nutzoberfläche. Durch den Temperaturunterschied der beiden optischen Oberflächen wird eine Anlagerung der die Degradation verursachenden oxidierenden Spezies an die optische Messoberfläche im Vergleich zu der optischen Nutzoberfläche begünstigt. Die somit auf der optischen Messoberfläche mögliche Degradation ist durch die Messvorrichtung detektierbar, bevor eine Degradation der optischen Nutzoberfläche beginnt.
In einer Ausführungsform weist die optische Nutzoberfläche und die optische Messoberfläche die gleiche reflektierende Beschichtung auf. Hierdurch lässt sich eine Degradation der optischen Nutzoberfläche durch die optische Messoberfläche beschreiben. In einer weiteren Ausführungsform sind die optische Nutzoberfläche und die optische Messoberfläche benachbart angeordnet. Durch diese Anordnung in der unmittelbaren Umgebung werden die optische Nutzoberfläche und die optische Messoberfläche unter vergleichbaren Bedingungen, wie beispielsweise die Zusammensetzung der Restgasatmosphäre und der Leistung der EUV-Strahlung betrieben. In einer weiteren Ausführungsform können die optische Nutzoberfläche und die optische Messoberfläche gemeinsam auf einem optischen Element angeordnet sein. Diese Anordnung ermöglicht den Verzicht auf zusätzliche Infrastruktur, beispielsweise für ein weiteres optisches Element, was in Bereichen geringen Bauraums des Spiegelmoduls vorteilhaft ist.
Die Temperiervorrichtung ist in einer Ausführungsform derart ausgeführt, dass die Temperatur der Messoberfläche mindestens 0.5K, bevorzugt 1K, besonders bevorzugt2 K kleiner als die Temperatur der optischen Nutzoberfläche ist. Dieser Temperaturunterschied führt zu einer verstärkten Anlagerung der oxidierenden Spezies, wie beispielsweise Wasser oder Kohlenstoffdioxid, an der optischen Messoberfläche im Vergleich zu der optischen Nutzoberfläche.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Spiegelmodul mindestens ein erstes optisches Element mit der optischen Nutzoberfläche und mindestens ein zweites optisches Element mit der optischen Messoberfläche. Eine derartige Trennung vereinfacht die unterschiedliche Temperierung der optischen Nutzoberfläche und der optischen Messoberfläche.
Durch die Aufteilung der optischen Nutzoberfläche auf das mindestens eine erste optische Element und der optischen Messoberfläche auf das mindestens eine zweite optische Element ist es möglich, beide optischen Elemente innerhalb des Spiegelmoduls räumlich separiert voneinander anzuordnen. Durch die räumliche Trennung ist es beispielsweise möglich, die optische Messoberfläche in einem nicht nutzbaren Bereich des Strahlengangs innerhalb des Spiegelmoduls zu platzieren. Da das reflektierte Licht der optischen Messoberfläche nicht für eine weitere Verwendung nutzbar gemacht werden machen kann, lässt sich somit der absolute Anteil der optischen Nutzoberfläche erhöhen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ermöglicht die separate Anordnung der Messoberfläche auf dem zweiten optischen Element den Austausch des zweiten optischen Elements. Ist die Messoberfläche auf dem zweiten optischen Element degradiert, kann sie durch Austausch des zweiten optischen Elements durch eine intakte Messoberfläche ersetzt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des ersten optischen Elements in der Art, dass es aus einer Vielzahl von Nutz-Facetten besteht, ist bezüglich der Abbildungseigenschaften des Spiegelmoduls besonders vorteilhaft. Durch die Nutz-Facetten wird das Spiegelmodul Bestandteil eines facettierten Beleuchtungssystems insbesondere eines reflektiven Wabenkondensors.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform besteht das zweite optische Element aus einer Vielzahl von Mess-Facetten. Durch die hierdurch erreichte Segmentierung der Messoberfläche des Spiegelmoduls sind verschiedene räumlich getrennte Bereiche der optischen Nutzoberfläche des ersten optischen Elements jeweils durch einzelne Mess-Facetten adressierbar. Beispielsweise ist hierdurch der Einfluss einer auf der optischen Nutzoberfläche räumlich unterschiedlichen Leistung der EUV-Strahlung innerhalb des Spiegelmoduls beschreibbar. Ebenso können auch einzelne Mess-Facetten gezielt mit einer jeweils unterschiedlichen Leistung der EUV-Strahlung beaufschlagt werden, wobei die unterschiedlichen Leistungen einem Bereich einer Leistungsverteilung auf der optischen Nutzoberfläche entsprechen. Die Messvorrichtung zur Ermittlung des Degradationszustandes der Messoberfläche wechselt hierfür entsprechend zwischen den einzelnen Messfacetten. Ebenso ermöglichen die verschiedenen Messfacetten eine Fortführung der Überwachung der optischen Nutzoberfläche des Spiegelmoduls, wenn eine Mess-Facette in Folge einer Degradation ausfällt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die einzelnen Mess-Facetten derart ausgestaltet, dass jeder Mess-Facette eine separate Messvorrichtung zugeordnet ist. Hierdurch sind innerhalb des Spiegelmoduls räumlich getrennte Bereiche, insbesondere Bereiche der optischen Nutzoberfläche durch jeweilige einzelne Mess-Facetten mit zugehörigen Messvorrichtungen gleichzeitig beschreibbar.
Gemäß einer Ausführungsform sind die beschriebenen Messvorrichtungen dabei derart ausgeführt, dass sie den Degradationszustand anhand eines Reflektivitätswerts, Phasenwerts oder Polarisationswerts ermitteln. Durch diese optischen Messmethoden für die Messoberfläche ist die Messung berührungslos durchführbar. Dabei befindet sich eine Messinfrastruktur, wie beispielsweise eine Quelleinheit für ein Messlicht und eine Detektoreinheit räumlich getrennt von der optischen Messoberfläche innerhalb und/oder außerhalb des Spiegelmoduls. Insbesondere befindet sich die Messinfrastruktur außerhalb des Strahlengangs. Dabei weisen die beschriebenen optischen Messmethoden eine hohe Sensitivität für eine beginnende und fortschreitende Degradation der optischen Messoberfläche auf. Hierdurch sind auch reversible Prozesse an der Messoberfläche beschreibbar, sodass die Möglichkeit besteht, Betriebsbedingungen, die eine beginnende Degradation begünstigen, anzupassen. Somit wird einer Degradation der optischen Messoberfläche und insbesondere der optischen Nutzoberfläche innerhalb des Spiegelmoduls entgegengewirkt.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Temperiervorrichtung des Spiegelmoduls mindestens eine erste Temperiereinheit zur Einstellung einer ersten Temperatur T1 der Messoberfläche. Die aktive Temperierung des optischen Messoberfläche macht deren Temperatur im Vergleich zu einer Temperatur der optischen Nutzoberfläche einstellbar, insbesondere erniedrigt einstellbar. Hierdurch ist ein Temperaturgradient erreichbar, der die bevorzugte Anlagerung der oxidierenden Spezies an die optische Messoberfläche begünstigt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die erste Temperiereinheit dazu ausgebildet, unterschiedliche Temperaturen T1 auf unterschiedlichen Mess-Facetten einzustellen. Hierdurch lassen sich für mit unterschiedlicher Leistung der EUV-Strahlung beaufschlagte Mess-Facetten gezielt unterschiedliche Temperaturgradienten zur optischen Nutzoberfläche einstellen. Ist die Leistung der EUV-Strahlung bzw. deren Verteilung auf der optischen Nutzoberfläche bekannt, können durch die unterschiedlich eingestellten Temperaturen T1 auf jeweils zur optischen Nutzoberfläche vergleichbar mit EUV-Strahlung beaufschlagte Mess-Facetten verschiedene Sensitivitäten eingestellt werden. Für Bereiche mit einer höheren Leistung kann beispielsweise ein größerer Temperaturgradient vorteilhaft sein, weil hierdurch eine beginnende Degradation der optischen Messoberfläche frühzeitiger angezeigt wird. Dies ist vorteilhaft, da durch die höhere Leistung der EUV-Strahlung ein schnellerer Übertrag der Degradation auf die optische Nutzoberfläche zu erwarten ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Temperiervorrichtung des Spiegelmoduls mindestens eine zweite Temperiereinheit zur Einstellung einer zweiten Temperatur T2 der optischen Nutzoberfläche. Die aktive Temperierung des optischen Nutzoberfläche macht deren Temperatur T2 im Vergleich zu der Temperatur T1 der optischen Messoberfläche einstellbar, insbesondere erhöht einstellbar. Hierdurch ist ebenso ein Temperaturgradient erreichbar, der die bevorzugte Anlagerung der oxidierenden Spezies an die optische Messoberfläche begünstigt. Umfasst die Temperiervorrichtung die erste und zweite Temperiereinheit, sind die Temperaturen T1 der optischen Messoberfläche wie auch T2 der optischen Nutzoberfläche einstellbar. Hierdurch ist der Gradient zwischen beiden optischen Oberflächen vorteilhaft kontrollierbar.
Dabei ist die erste und/oder zweite Temperiereinheit des Spiegelmoduls beispielsweise als Fluid-Heizer, Peltier-Element, Strahlheizer oder elektrischen Widerstandheizer ausgeführt.
Eine Ausführung als Fluidheizer hat dabei den Vorteil, dass größere Wärmemengen zu- oder abführbar sind. Dabei ist das Wärme-führende Medium gekapselt innerhalb des Spiegelmoduls geführt, was auf Grund der hohen Sauberkeitsanforderungen innerhalb eines Spiegelmoduls einer Projektionsbelichtungsanlage vorteilhaft ist.
Eine Ausführung der ersten und/oder zweiten Temperiereinheit als Peltier-Element ermöglicht ebenso eine Erhöhung und/oder Erniedrigung der Temperaturen T1 und T2. Dabei sind durch Peltier-Elemente besonders tiefe Temperaturen einstellbar. Weiterhin zeichnen sich Peltier-Elemente durch eine geringe Größe und ein geringes Gewicht aus und benötigen kein Wärme-führendes Medium. Durch eine entsprechende Anordnung sind Peltier-Elemente ebenfalls gekapselt von den optischen Oberflächen innerhalb des Spiegelmoduls an den optischen Elementen platzierbar.
Eine Ausführung der ersten und/oder zweiten Temperiereinheit als Strahlheizer oder elektrischen Widerstandheizer ermöglicht die gezielte Erhöhung der Temperaturen T1 und/oder T2. Dabei ist die Temperatur durch die Verwendung von Strahlheizer direkt und lokal an der Oberfläche einstellbar. Elektrische Widerstandsheizer sind ebenfalls gekapselt von den optischen Oberflächen innerhalb des Spiegelmoduls an den optischen Elementen anordenbar.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Temperiervorrichtung zur passiven Einstellung einer Temperatur T1 der optischen Messoberfläche unterschiedlich, insbesondere kleiner im Vergleich zu einer Temperatur T2 der optischen Nutzoberfläche durch unterschiedliche Wärmekapazitäten des ersten optischen Elements und des zweiten optischen Elements ausgeführt. Durch eine größere Wärmekapazität wird beispielsweise im Betrieb eine kleinere Erhöhung der Temperatur bei vergleichbarer Wärmelast erreicht. Hierdurch lassen sich zwischen verschiedenen Bereichen, insbesondere zwischen dem ersten und dem zweiten optischen Element, bevorzugte Temperaturgradienten im Betrieb derart einstellen, dass das zweite optische Element mit einer größeren Wärmekapazität eine im Vergleich zu T2 geringere Temperatur T1 ausbildet. Diese Ausführungsform wirkt insbesondere in Kombination mit einer aktiven Temperierung besonders vorteilhaft durch einen unterstützenden Effekt. Unterschiedliche Wärmekapazitäten der optischen Elemente können beispielsweis durch unterschiedliche Substratmaterialien oder durch einen unterschiedlichen Umfang der Anbindung bzw. Kopplung der optischen Elemente an einen Träger erreicht werden. Der Umfang bzw. die Kopplung eines optischen Elements an einen Träger definiert dabei die Möglichkeit, Wärme über diese abzuführen.
Das erfindungsgemäße Beleuchtungssystem für eine Projektionsbelichtungsanlage ist durch eine besonders hohe Intensität gekennzeichnet, da es sich im Strahlengang an die Quelle folgend befindet. Ebenso sind in dem Beleuchtungssystem lokale Intensitätsspitzen durch bestimmte Beleuchtungssettings möglich. Daher ist der Einsatz eines derartigen die Degradation überwachenden Spiegelmoduls vorteilhaft.
Für das erfindungsgemäße Projektionsobjektiv für eine Projektionsbelichtungsanlage wirken sich Degradationsstörungen besonders schädlich auf die Abbildungseigenschaften aus und daher ist der Einsatz eines derartigen die Degradation überwachenden Spiegelmoduls als Bestandteil des Projektionsobjektive vorteilhaft.
Das erfindungsgemäße Projektionsbelichtungsanlage zeichnet sich durch das erfindungsgemäße Beleuchtungssystem und/oder das erfindungsgemäße Projektionsobjektiv aus. Es ergeben sich hierdurch die bereits genannten Vorteile. Weitere Vorteile und bevorzugte Merkmale ergeben sich aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Vermeidung der Degradation der optischen Nutzoberfläche des Spiegelmoduls einer Projektionsbelichtungsanlage wird ein Degradationswert der optischen Messoberfläche des Spiegelmoduls ermittelt und ein Temperaturunterschied zwischen der optischen Messoberfläche und der optischen Nutzoberfläche derart eingestellt, dass die Temperatur der optischen Messoberfläche kleiner ist als die Temperatur der optischen Nutzoberfläche.
Da die geringere Temperatur der optischen Messoberfläche die Anlagerung von oxidierenden Spezies und weiteren Kontaminanten auf der optischen Messoberfläche begünstigt, ist diese Anlagerung folglich auf der optischen Messoberfläche im Vergleich zu der optischen Nutzoberfläche stärker ausgeprägt. Bei weitestgehend identischen Umgebungsbedingungen- zwischen beiden optischen Flächen ist die Degradation folglich auf der optischen Messoberfläche begünstigt, da die hierfür benötigte Oberflächenkonzentration oxidierender Spezies erhöht ist. Zeigt die Ermittlung des Degradationswertes der optischen Messoberfläche eine beginnende Degradation an, so ist dieser Prozess für die optische Nutzoberfläche, durch die im Vergleich zur optischen Messoberfläche erhöhte Temperatur unterdrückt. Somit wird durch dieses Verfahren eine Überwachung einer Degradation einer optischen Nutzoberfläche bereitgestellt, ohne dass eine solche Degradation auf dieser stattfindet und die Abbildungseigenschaften des Spiegelmoduls beeinträchtigt.
Bei diesem Verfahren wird mindestens ein Temperaturunterschied von 0.5K, bevorzugt 1 K, besonders bevorzugt 2 K eingestellt. Dieser Temperaturunterschied ist für eine hinreichend verstärkte Anlagerung der oxidierenden Spezies, wie beispielsweise Wasser oder Kohlenstoffdioxid, an der optischen Messoberfläche im Vergleich zu der optischen Nutzoberfläche hilfreich. Hierdurch wird ein entsprechender Schutz der optischen Nutzoberfläche gewährleistet, indem die Begünstigung der Degradation auf der optischen Messoberfläche sich auch durch einen entsprechend großen zeitlichen Versatz ausdrückt.
Ändert sich bei diesem Verfahren der ermittelte Degradationswert in Richtung eines Grenzdegradationswertes und erreicht diesen, wird mindestens eine Maßnahme zur Reduktion der Degradation initiiert. Dabei ist der Grenzdegradationswert derart gewählt, dass die zu Grunde liegende Degradation der Messoberfläche reversibler Natur ist. Beispielsweise wird der Grenzdegradationswert dadurch erreicht, dass es zu einer verstärkten Anlagerung von Kontaminanten und/oder oxidierender Spezies kommt, jedoch nicht zu einer Reaktion.
Die verschiedenen Maßnahmen sind folgend kurz erläutert. Sie können einzeln oder auch in Kombination angewendet werden.
Als eine erste Maßnahme des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Erhöhung der Temperatur T1 der optischen Messoberfläche und/oder T2 der optischen Nutzoberfläche ausgeführt. Dadurch reduziert sich die Konzentrationen potentieller Kontaminanten und/ oder oxidierender Spezies auf den jeweiligen Oberflächen.
Als eine zweite Maßnahme des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Veränderung der Spülgasatmosphäre ausgeführt. Wie in DE102009029121A1 beschrieben, wird die Projektionsbelichtungsanlage in einer Atmosphäre aus teilweise aktiviertem Wasserstoff im Bereich der optischen Oberflächen betrieben. Eine Möglichkeit, der Degradation entgegen zu wirken, besteht daher beispielsweise darin den Fluss des Wasserstoff-Spülgases zu erhöhen. Ebenso kann der Anteil an aktivierten Wasserstoff erhöht werden.
Als eine dritte Maßnahme des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine teil- oder vollständige Reduktion einer Leistung einer für eine Abbildung genutzten EUV-Strahlung ausgeführt. Die Leistung der eingesetzten EUV-Strahlung bestimmt den Anteil radikalischer und geladener Spezies innerhalb des Spiegelmoduls, insbesondere im Bereich der optischen Nutzoberfläche durch die Ausbildung eines Strahl-induzierten Plasmas. Durch den Anteil oxidierender Spezies an diesem Plasma wird die Geschwindigkeit der Degradation der optischen Nutzoberfläche und optischen Messoberfläche bestimmt. Eine Reduktion der Leistung der EUV-Strahlung verringert daher diesen Anteil und verlangsamt somit den Effekt der Degradation.
Als eine vierte Maßnahme wird eine Reduktion einer oder mehrere Konzentrationen oxidierender Spezies ausgeführt. Insbesondere betrifft dies die Partialdrücke oxidierender Spezies wie beispielsweise Wasser, Sauerstoff oder Kohlendioxid in der Restgasatmosphäre. Es ist bekannt, dass diese Partialdrücke neben und der Strahl-Intensität den Prozess der Degradation derart beeinflussen, dass eine Erhöhung der Partialdrücke bzw. der Konzentration der oxidierenden Spezies in der Restgasatmosphäre diesen beschleunigen. Zu diesem Zweck wird die Konzentration der oxidierenden Spezies bereits vor Betriebsbeginn überwacht und das Unterschreiten einer oberen Grenzkonzentration der Projektionsbelichtungsanlage als Bedingung für einen Betriebsstart definiert.
Figurenliste
Die beigefügten Zeichnungen zeigen in rein schematischer und nicht Maßstabs-getreuer Weise in

1 eine Schnitt-Darstellung eines Spiegelmoduls einer Projektionsbelichtungsanlage innerhalb einer separierten Vakuumumgebung, inklusive einer temperierbaren optischen Nutzoberfläche auf einem ersten optischen Element, einer temperierbaren optischen Messoberfläche auf einem zweiten optischen Element und einer Messvorrichtung zur Ermittlung des Degradationszustandes der optischen Messoberfläche,
2 eine Schnitt-Darstellung einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage inklusive der Quelleinheit, einem Beleuchtungssystem, einer Projektionsoptik, einzelner Spiegelmodule und teilweise deren separierte Vakuumumgebung,
3 eine exemplarische Draufsicht eines ersten optischen Elements mit einer optischen Nutzoberfläche bestehend aus einer Vielzahl von Nutz-Facetten, eines austauschbaren zweiten optischen Elements separiert von dem ersten optischen Element mit einer Messoberfläche ausgeführt als einzelne Facette und einer Messvorrichtung zur Bestimmung eines Degradationswertes der optischen Messoberfläche,
4 eine exemplarische Draufsicht eines optischen Elements bestehend aus einer Vielzahl von Nutz-Facetten mit einer optischen Nutzoberfläche, einer Mehrzahl von Mess-Facetten mit einer optischen Messoberfläche und mehreren Messvorrichtungen zur Bestimmung eines Degradationswertes der optischen Messoberfläche, wobei jeder Mess-Facette eine separate Messvorrichtung zugeordnet ist,
5 ein Ablaufdiagramm zur Durchführung eines Verfahrens zur Vermeidung einer Degradation einer optischen Nutzoberfläche eines Spiegelmoduls einer Projektionsbelichtungsanlage,
6 ein möglicher Verlauf eines Degradationswertes einer optischen Messoberfläche eines Spiegelmoduls einer Projektionsbelichtungsanlage in Abhängigkeit von der Betriebsdauer.

Ausführliche Bildbeschreibungen
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist in 1 ein Spiegelmodul 100 für eine Reflektion einer Abbildungs-Strahlung 101, insbesondere einer EUV-Strahlung gezeigt. Beispielsweise kann die Strahlung durch Reflektion an einem im Strahlengang vorgeschalteten optischen Element, welches hier nicht dargestellt ist, zur Verfügung gestellt werden. Die Strahlung 101 tritt dabei in ein Vakuumgehäuse 102 ein, welches ein erstes optisches Element 103 umgibt. Eine Vakuum-Einheit zur Evakuierung des Innenraums des Vakuumgehäuses 102 ist nicht dargestellt. Die Strahlung 101 wird anschließend an einer optischen Nutzoberfläche 104 des ersten optischen Elements 103 reflektiert und tritt wieder aus dem Vakuumgehäuse 102 aus. Beispielsweise kann die Strahlung 101 dabei weiter auf ein nicht dargestelltes folgendes optisches Element verlaufen, welches außerhalb des Vakuumgehäuses 102 positioniert ist. Ein zweites optisches Element 105 mit einer optischen Messoberfläche 106 befindet sich in einer von dem ersten optischen Element 103 unmittelbaren Umgebung ebenso innerhalb des Vakuumgehäuses 102. Zur Ermittlung der Restgasatmosphäre des Innenraums innerhalb des Vakuumgehäuses 102 befindet sich ein Restgasanalysator 107 an dem Vakuumgehäuse 102. Beispielsweise können auf diese Weise die Konzentrationen der oxidierenden Spezies innerhalb des Vakuumgehäuses 102 durch den Restgasanalysator 107 erfasst werden.
Das zweite optische Element 105 kann durch eine erste Temperiereinheit 108 einer Temperiervorrichtung auf eine vorgebbare Temperatur T1 temperiert werden. Das erste optische Element 103 kann durch eine zweite Temperiereinheit 109 auf eine vorgebbare Temperatur T2 temperiert werden. Dabei ist T1 von T2 verschieden sein. Für den erfindungsgemäßen Gebrauch ist es vorteilhaft, wenn T1 kleiner als T2 ist. Die Temperiereinheiten 108 für die Temperierung des zweiten optischen Elementes 105 und 109 für die Temperierung des ersten optischen Elementes 103 können dabei verschieden ausgeführt sein und ihre Positionierung in 1 ist nur exemplarisch. Beispielsweise können sie eine Medien-basierte Temperierung der beiden optischen Elemente durch ein Fluid erreichen. Dies wird umgesetzt, indem ein auf eine einstellbare Temperatur konditioniertes Fluid über einen Zulauf und Ablauf durch das optische Element geführt wird. In einer weiteren Ausführungsform sind die Temperiereinheiten als Peltierelemente ausgeführt. In einer weiteren Ausführungsform sind die Temperiereinheiten 108 und 109 als Strahlheizer gemäß DE102017207862A1 ausgeführt. In diesem Fall können die Temperiereinheiten 108 und 109 direkt auf die optische Messoberfläche 106 des zweiten optischen Elements 105 und auf die optische Nutzoberfläche 104 des ersten optischen Elements 103 einwirken, wodurch eine lokale Temperaturkontrolle auf beiden optischen Oberflächen erzielt werden kann. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird die Temperierung über elektrische Heizelemente ausgeführt. Ebenso kann das erste optische Element 103 eine von dem zweiten optischen Element 105 verschiedene, insbesondere kleinere Wärmekapazität aufweisen. Hierdurch stellt sich bei vergleichbaren Wärmeeintrag eine Temperatur T1 des zweiten optischen Elements 105 ein, die verschieden, insbesondere kleiner ist als eine Temperatur T2 des ersten optischen Elements 103.
Eine weitere Funktion des in 1 dargestellten Spiegelmoduls wird durch die Ermittlung eines Degradationswertes der optischen Messoberfläche 106 des zweiten optischen Elementes 105 bereitgestellt. Hierfür wird ein Lichtstrahl 110 aus einer Lichtquelle 111 nach einer Wechselwirkung mit der optischen Messoberfläche 106 des zweiten optischen Elementes 105 durch einen Detektor 112 erfasst. Die Lichtquelle 111, der Lichtstrahl 110 und der Detektor 112 bilden eine Messvorrichtung 113. Dabei kann der Degradationswert je nach Messvorrichtung als ein Reflektivitätswert, Polarisationswert oder Phasenwert ermittelt werden.
Der Polarisationswert wird ellipsometrisch bestimmt. Hierbei wird die optische Messoberfläche 106 des zweiten optischen Elementes 105 beispielsweise mit vorgebbar polarisiertem Licht, beispielsweise linear polarisiertem Licht, aus der Lichtquelle 111 bestrahlt und das an der optische Messoberfläche 106 des zweiten optischen Elementes 105 reflektierte Licht von dem Detektor 112 aufgenommen. Im Anschluss wird der Polarisationszustand des reflektierten Lichts bestimmt und eine Änderung dieses Polarisationszustands im Vergleich zu dem vorgebbar polarisierten Licht untersucht. Basierend auf dieser Änderung kann eine Degradation der optische Messoberfläche 106 des zweiten optischen Elementes 105 ermittelt werden.
Ist der Degradationswert ein Phasenwert, so wird dieser interferometrisch ermittelt. Dazu wird beispielsweise ein vorgebbares Referenzinterferenzmuster mit einem während des Betriebes des zweiten optischen Elementes 105 ermittelten Interferenzmuster verglichen. In Abhängigkeit des Vergleichs, insbesondere in Abhängigkeit einer ermittelten Abweichung des ermittelten oder prognostizierten Interferenzmusters zum Referenzinterferenzmuster, kann eine Degradation der optischen Messoberfläche 106 des zweiten optischen Elementes 105 ermittelt werden. Zur interferometrischen Ermittlung weist das in 1 dargestellte Spiegelmodul vorzugsweise ein Interferometer sowie eine Detektoreinheit 112 zur Ermittlung der Interferenzmuster auf.
Ebenso ist in 1 eine Spüleinheit 114 gezeigt. Mit Hilfe der Spüleinheit 114 kann der Innenraum des Vakuum-Gehäuses 102 mit einen Spülgas variablen Flusses, vorzugsweise Wasserstoff, gespült werden. Dabei kann die Spüleinheit 114 derart ausgebildet sein, dass sie das Spülgas teilweise in geladene Spezies überführen kann, um beispielsweise im Falle von Wasserstoff aktivierten Wasserstoff zu erzeugen.
2 zeigt exemplarisch den prinzipiellen Aufbau einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage 200 für die Halbleiterlithographie, in der das in 1 beschriebene Spiegelmodul Anwendung finden kann.
Ein Beleuchtungssystem 201 der Projektionsbelichtungsanlage 200 weist neben einer Strahlungsquelle 202 eine Beleuchtungsoptik 203 zur Beleuchtung eines Objektfeldes 204 in einer Objektebene 205 auf. Beleuchtet wird ein im Objektfeld 204 angeordnetes Retikel 206, das von einem ausschnittsweise schematisch dargestellten Retikelhalter 207 gehalten ist. Eine Projektionsoptik 208 dient zur Abbildung des Objektfeldes 204 in ein Bildfeld 209 in einer Bildebene 210. Abgebildet wird eine Struktur auf dem Retikel 206 auf eine lichtempfindliche Schicht eines im Bereich des Bildfeldes 209 in der Bildebene 210 angeordneten Wafers 211, der von einem ebenfalls ausschnittsweise dargestellten Waferhalter 212 gehalten ist.
Die Strahlungsquelle 202 kann EUV-Strahlung 213, insbesondere im Bereich zwischen 5 Nanometer und 30 Nanometer, insbesondere 13,5 nm, emittieren. Zur Steuerung des Strahlungswegs der EUV-Strahlung 213 werden optisch verschieden ausgebildete und mechanisch verstellbare optische Elemente eingesetzt. Die optischen Elemente sind bei der in 2 dargestellten EUV-Projektionsbelichtungsanlage 200 als verstellbare Spiegel in geeigneten und nachfolgend nur beispielhaft erwähnten Ausführungsformen ausgebildet. Dabei können einzelne als Spiegel ausgeführte optische Elemente aus mehreren Segmenten mit voneinander getrennten optischen Teilflächen bestehen.
Die mit der Strahlungsquelle 202 erzeugte EUV-Strahlung 213 wird mittels eines in der Strahlungsquelle 202 integrierten Kollektorspiegels derart ausgerichtet, dass die EUV-Strahlung 213 im Bereich einer Zwischenfokusebene 214 einen Zwischenfokus durchläuft, bevor die EUV-Strahlung 213 auf einen Feldfacettenspiegel 215 trifft. Nach dem Feldfacettenspiegel 215 wird die EUV-Strahlung 213 von einem Pupillenfacettenspiegel 216 reflektiert. Unter Zuhilfenahme des Pupillenfacettenspiegels 216 und weiteren Spiegeln 217, 218, 219 werden Feldfacetten des Feldfacettenspiegels 215 in das Objektfeld 204 abgebildet. Siehe hierfür entsprechend US9411241B2 .
Bei dem im Objektfeld 204 angeordneten Retikel 206 kann es sich beispielsweise um eine reflektive Photomaske handeln, die reflektierende und nicht reflektierende oder zumindest weniger stark reflektierende Bereiche zur Erzeugung mindestens einer Struktur an dem Retikel 206 aufweist. Alternativ kann es sich bei dem Retikel 206 um eine Mehrzahl von Mikrospiegeln handeln, welche in einer ein- oder mehrdimensionalen Anordnung angeordnet sind und welche gegebenenfalls um mindestens eine Achse bewegbar sind, um den Einfallswinkel der EUV-Strahlung auf den jeweiligen Spiegel einzustellen.
Das Retikel 206 reflektiert einen Teil des Strahlengangs der Beleuchtungsoptik 203 und formt einen Strahlengang in der Projektionsoptik 208, der die Information über die Struktur des Retikels in die Projektionsoptik 208 einstrahlt, welche eine Abbildung des Retikels bzw. eines jeweiligen Teilbereichs davon auf dem Wafer 211 angeordnet in der Bildebene 210 erzeugt. Der Wafer weist ein Halbleitermaterial, z.B. Silizium, auf und ist auf einer Waferhalter 212 angeordnet, welche auch als Wafer-Stage bezeichnet wird.
Im vorliegenden Beispiel weist das Projektionsobjektiv 208 sechs reflektive optische Elemente 220 bis 225 welche als Spiegel ausgeführt sind auf, um ein Bild des Retikels 206 auf dem Wafer 211 zu erzeugen. Typischerweise liegt die Zahl der Spiegel in einem Projektionsobjektiv wie 208 zwischen vier und acht, gegebenenfalls können aber auch nur zwei Spiegel oder auch zehn Spiegel verwendet werden. Projektionsobjektive sind bekannt aus der US2016/0327868A1 und DE102018207277A1 .
Die Strahlungsquelle 202 mit dem Kollektor-Spiegel, die optischen Elemente 215 bis 219 der Beleuchtungsoptik 203 sowie die optischen Elemente 220 bis 225 der Projektionsoptik 208 sind typischerweise in einer separaten Vakuum-Umgebung angeordnet.
Beispielhaft ist in 2 ein solches Vakuumgehäuse 226 dargestellt, in der das in Lichtrichtung zweite optische Element der Beleuchtungsoptik 203, der Pupillenfacettenspiegel 216 angeordnet ist. Weiterhin ist innerhalb des Vakuumgehäuses 226 des Pupillenfacettenspiegels 216 als ein erstes optisches Element im Sinne der Anmeldung mit einer optischen Nutzoberfläche ein zweites optisches Element 227 im Sinne der Anmeldung dargestellt. Dieses zweite optische Element 227 umfasst eine optische Messoberfläche und besitzt im Vergleich zu der optischen Nutzoberfläche des Pupillenfacettenspiegel 216 den identischen Aufbau der reflektierenden optischen Schicht. Das zweite optische Element 227 mit der optischen Messoberfläche befindet sich ebenso wie der Pupillenfacettenspiegel 216 im Strahlengang der EUV-Strahlung 213 nach dessen Reflektion am Feldfacettenspiegel 215. Das Vakuumgehäuse 226, der davon eingeschlossene Innenraum sowie die darin enthaltenen optischen Elemente 216, 227 werden dabei als ein Spiegelmodul gemäß 1 verstanden. Durch die Anordnung des zweiten optischen Elements 227 in unmittelbarer Umgebung des Pupillenfacettenspiegels 216 innerhalb des durch das Vakuumgehäuse 226 gebildeten Spiegelmoduls wirkt die gleiche Restgasatmosphäre inklusive etwaiger oxidierender Spezies auf beide optische Elemente ein. Dadurch kann durch eine Beschreibung bzw. Untersuchung eines Degradationswertes der optischen Messoberfläche des zweiten optischen Elements 227 unmittelbar auf eine Degradation der optischen Nutzoberfläche des Pupillenfacettenspiegels 216 geschlossen werden.
Für die Projektionsoptik ist exemplarisch in 2 ein zweites Vakuumgehäuse 228 für die Einhausung des vierten optischen Elements 223 gemäß Strahlengang der Projektionsoptik 208 dargestellt. Das optische Element 223 weist dabei ebenso ein zweites optisches Element 229 im Sinne der Anmeldung zur Ermittlung eines Degradationszustandes des optischen Elements 223 innerhalb des zweiten Vakuumgehäuses 228 auf.
Typischerweise sind mehrere der optischen Elemente 215 bis 219, 220 bis 225 sowie das Retikel 206 in einem jeweiligen Vakuumgehäuse angeordnet und sind dadurch als Spiegelmodul ausgeführt. Jeweils zwei im Strahlengang aufeinander folgende Spiegelmodule sind hierbei derart miteinander verbunden, dass der Strahlengang durch die gemeinsame Öffnung hindurchtreten kann.
In Übereinstimmung mit 1 befindet sich an dem durch die Vakuumgehäuse 226, 228 gebildeten Spiegelmodule jeweils ein Spülanschluss mit dem der Innenraum der Vakuumgehäuses 226, 228 mit einem Spülgas beaufschlagt werden kann und idealerweise jeweils ein Restgasanalysator zur Ermittlung der Zusammensetzung der Restgasatmosphäre. Ebenso befindet sich innerhalb der Vakuumgehäuse 226, 228 eine Messvorrichtung zur Überwachung der optischen Oberfläche des jeweils zweiten optischen Elements. Diese Komponenten sind aus Gründen der Übersichtlichkeit bildlich nicht dargestellt.
Gemäß eines Ausführungsbeispiels zeigt 3 eine schematische Draufsicht eines Spiegelmoduls 300, ein erstes optisches Element 301 bestehend aus einer Vielzahl von Nutz-Facetten 302 mit einer optischen Nutzoberfläche 303 sowie des mindestens einen zweiten optischen Elements 304 mit einer optischen Messoberfläche 305. Beide optischen Elemente befinden sich, wie in 2 beschrieben, gemeinsam in einer separierten Vakuumumgebung, die durch einen Restgasanalysator überwachbar ist. Die separierte Vakuumumgebung und der Restgasanalysator sind in 3 nicht dargestellt. Das zweite optische Element 304 ist separiert von dem ersten optischen Element 301. Es versteht sich, dass der Aufbau des ersten optischen Elements 301 und der optischen Nutzoberfläche 303 durch die Vielzahl von Nutz-Facetten 302 auch als geschlossene Fläche ausgeführt sein kann. Auch in diesem Ausführungsbeispiel besteht die Möglichkeit, das erste optische Element 301 und das zweite optische Element 304 für eine gezielte Temperatureinstellung separat zu temperieren. Dabei können die Nutz-Facetten 302 des ersten optischen Elements 301 individuell temperiert werden. Ebenso kann das erste optische Element 301 eine von dem zweiten optischen Element 304 verschiedene, insbesondere kleinere Wärmekapazität aufweisen. Hierdurch stellt sich bei vergleichbaren Wärmeeintrag eine Temperatur T1 des zweiten optischen Elements 304 ein, die verschieden, insbesondere kleiner ist als eine Temperatur T2 des ersten optischen Elements 301.
Zu Ermittlung eines Degradationswertes der optischen Messoberfläche 305 des zweiten optischen Elements 304 ist eine Lichtquelleinheit 306 derart angeordnet, dass sie ein speziell strukturiertes Licht 307 auf die optische Messoberfläche 305 des zweiten optischen Elements 304 richtet. Nach Wechselwirkung mit der optischen Messoberfläche 305 wird das strukturierte Licht 307 durch eine Detektoreinheit 308 wieder eingesammelt. Eine Veränderung des optischen Signals, welches in der Detektoreinheit 308 registriert wird, im Vergleich zu einem Referenzsignal, ist dabei das Maß für die Degradation der optischen Messoberfläche 305. Die Lichtquelleinheit 306, das strukturierte Licht 307 und die Detektoreinheit 308 bilden dabei eine Messvorrichtung 309 zur Ermittlung des Degradationswertes der optischen Messoberfläche 305. Wie bereits beschrieben, kann der Degradationswert als Reflektivitätswert, als Phasenwert oder Polarisationswert bestimmt werden.
In dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das zweiten optischen Elements 304 inkl. der Messvorrichtung 309 dargestellt, um eine mögliche Degradation der optischen Nutzoberfläche 303 frühzeitig zu erkennen. Um gegebenenfalls unterschiedlichen Umgebungsbedingungen wie beispielsweise die Leistung der EUV-Strahlung oder die Restgasatmosphäre im Bereich des ersten optischen Elements 301 zu begegnen, ist es ebenso möglich, dass weitere zweite optische Elemente 304 separiert von dem ersten optischen Elements 301 angeordnet sind und durch mehrere Messvorrichtungen adressiert werden. Hierfür ist es auch möglich, dass die weiteren zweiten optischen Elemente 304 auf unterschiedliche Temperaturen T1 temperiert werden. Dies ist speziell bei größeren optischen Elementen mit ggf. größeren Variationen der Umgebungsbedingungen hilfreich.
Ein weiteres Merkmal des in 3 gezeigten Spiegelmoduls 300 ist die Austauschbarkeit des zweiten optischen Elements 304. Da das zweite optische Element 304 unter Bedingungen betrieben wird, die eine Degradation der optischen Messoberfläche 305 im Vergleich zu der zu überwachenden optischen Nutzoberfläche 303 des ersten optischen Elements 301 begünstigen, ist das Risiko einer irreversiblen Veränderung der optischen Messoberfläche 305 entsprechend erhöht. In diesem Fall ist die Gesamtperformance des ersten optischen Elements 301 akzeptabel, während die irreversible Veränderung der optischen Messoberfläche 305 des zweiten optischen Elements 304 einen, wie oben beschriebenen Einsatz zur frühzeitigen Erkennung einer Degradation nicht mehr ermöglicht. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn das zweite optische Element 304 austauschbar angeordnet ist. Zu diesem Zweck ist das zweite optische Element 304 auf einer Haltevorrichtung 310 befestigt. Diese Haltevorrichtung 310 kann in Betriebspausen der Projektionsbelichtungsanlage aus dem jeweiligen Bereich transferiert werden und die Befestigung zu dem zweiten optischen Element 304 kann gelöst werden. Im Anschluss kann ein neues zweites optisches Element 304 mit einer intakten optischen Messoberfläche 305 auf der Haltvorrichtung 310 positioniert und befestigt werden. Dieses neue zweite optische Element 304 wird auf der Haltevorrichtung 310 befestigt und im Anschluss in den Bereich des ersten optischen Elements 301 transferiert. Ebenfalls ist es möglich die Haltevorrichtung 310 lateral verschiebbar zu gestalten, so dass ein noch nicht degradierter Bereich der optischen Messoberfläche 305 in die Bestrahl- und Messposition gebracht werden kann. Ebenso ist es möglich, einen Bestrahlfleck auf der optischen Messoberfläche 305 innerhalb eines Messfensters der Messvorrichtung 309 zu verschieben, indem die Orientierung der zugeordneten Mess-Facette in einem Facettenmodul entsprechend angepasst wird.
Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiel ist das in 4 dargestellte Spiegelmodul 400 gezeigt. Das optische Element 401 besteht aus einer Vielzahl von Facetten. Die Facetten sind als Nutz-Facetten 402 mit einer optischen Nutzoberfläche 403 oder als Mess-Facetten 404 mit einer optischen Messoberfläche 405 ausgeführt. Die Nutz-Facetten bilden dabei das erfindungsgemäße erste optische Element und die Mess-Facetten bilden dabei das erfindungsgemäße zweite optische Element. Insbesondere innerhalb des Projektionsobjektivs kann es vorteilhaft sein, wenn die Messoberfläche 405 Teil der Nutzoberfläche 403 ist.
Die Überwachung der optischen Nutzoberfläche 403 der Nutz-Facetten 402 als Bestandteil des Spiegelmoduls 400 wird in diesem Beispiel durch mindestens eine einzelne Mess-Facette 404 des optischen Elements 401 gewährleistet. Für dieses Ausführungsbeispiel wird eine Temperierung der mindestens einen Messfacette 404 auf eine Temperatur T1 und der Nutz-Facetten 402 auf eine Temperatur T2 in der Art bereitgestellt, dass eine Temperiervorrichtung eine erste Temperiereinheit für die Temperierung der mindestens einen Mess-Facette 404 mit der optischen Messoberfläche 405 und eine zweite Temperiereinheit für die Temperierung der Nutz-Facette 402 mit der optischen Nutzoberfläche 403 umfasst. Dabei wird eine Temperatur T1 der mindestens einen Mess-Facette 404 eingestellt, die kleiner als die Temperatur T2 der Nutz-Facetten 402 ist. Hierdurch ist eine Degradation optischen Messoberfläche 405 im Vergleich zu der optischen Nutzoberfläche 403 begünstigt. Ebenso kann zu diesem Zweck die mindestens eine Mess-Facette 404 eine von den Nutz-Facetten 402 verschiedene, insbesondere kleinere Wärmekapazität aufweisen. Hierdurch stellt sich bei vergleichbaren Wärmeeintrag eine Temperatur T1 der mindestens einen Mess-Facette 404 ein, die verschieden, insbesondere kleiner ist als eine Temperatur T2 der Nutz-Facetten 402.
Zu Ermittlung eines Degradationswertes der optischen Messoberfläche 405 der mindestens einen Messfacette 404 ist mindestens eine Lichtquelleinheit 406 derart angeordnet, dass sie ein speziell strukturiertes Licht 407 auf die optische Messoberfläche 405 der Mess-Facette 404 richtet. Nach Wechselwirkung mit der optischen Messoberfläche 405 wird das strukturierte Licht 407 durch eine Detektoreinheit 408 wieder eingesammelt. Eine Veränderung des optischen Signals, welches in der Detektoreinheit 408 registriert wird, im Vergleich zu einem Referenzsignal, ist dabei das Maß für die Degradation der optischen Messoberfläche 405. Die Lichtquelleinheit 406, das strukturierte Licht 407 und die Detektoreinheit 408 bilden dabei eine Messvorrichtung 409 zur Ermittlung des Degradationswertes der optischen Messoberfläche 405. Wie bereits beschrieben, kann der Degradationswert als Reflektivitätswert, Phasenwert oder Polarisationswert bestimmt werden. In dieser Konfiguration überwacht die Messvorrichtung 409 beispielsweise einen kritischsten Teil der Nutzoberfläche 403, d.h. den Teil mit der erwartungsgemäß höchsten Degradationsrate.
Bei dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine zweite Facette des optischen Elements 401 als eine Mess-Facette 404' mit einer optischen Messoberfläche 405' ausgeführt. Dieser zweiten Mess-Facette 404' ist ebenfalls eine Messvorrichtung 409' umfassend eine Lichtquelleinheit 406', ein strukturiertes Licht 407' und eine Detektoreinheit 408' zugeordnet. Hierdurch lassen sich unterschiedliche Bereiche des optischen Elements 401 mit dem Ziel einer Vermeidung der Degradation der optischen Nutzoberfläche 403 parallel überwachen. Geht eine der Mess-Facetten in Folge einer irreversiblen Degradation verloren, ist zusätzlich die Möglichkeit der Überwachung durch die weiteren Mess-Facetten und der zugeordneten Messvorrichtungen sichergestellt. Dabei ist die Anzahl der Mess-Facetten und der zugehörigen Messvorrichtungen nicht begrenzt. Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist es möglich, dass die mehreren Mess-Facetten (404, 404') auf unterschiedliche Temperaturen T1 temperiert werden, um beispielsweise für Bereiche mit einer unterschiedlichen Leistung der EUV-Strahlung eine jeweils angepasste Sensitivität der Degradationsdetektion zu ermöglichen. Es versteht sich, dass die Ausführungen zur passiven Einstellung der Temperatur durch unterschiedliche Wärmekapazitäten auch auf die zweite Mess-Facette 404' übertragbar sind.
Vorteilhaft an dieser in 4 dargestellten Ausführungsform ist der geringere materielle Aufwand, da auf ein separiertes zweites optisches Element inklusive einer Vorrichtung für die Halterung verzichtet werden kann. Dies ist in Bereichen strikter Bauraum restriktionen innerhalb eines Spiegelmoduls einer Projektionsbelichtungsanlage hilfreich.
Weiterhin wird bei dem in 4 dargestellten Spiegelmodul auf die Möglichkeit verwiesen, dass sich die optischen Flächen (403, 405, 405') des optischen Elements 401 nicht notwendigerweise durch einzelne Facetten (402, 404, 404') zusammengesetzt sind. Ebenso kann eine geschlossene optische Fläche ausgebildet sein, die sich lokal in eine optische Nutzoberfläche und eine optische Messoberfläche mit zugehöriger Messvorrichtung aufteilt.
5 zeigt ein Ablaufdiagramm für das erfindungsgemäße Verfahren zur Vermeidung einer Degradation einer optischen Nutzoberfläche eines Spiegelmoduls für eine Projektionsbelichtungsanlage gemäß der voran gegangenen Ausführungsbeispiele.
Das Verfahren wird mit Bezugnahme auf die dargestellten optischen Elemente (103, 105, 301, 304, 401, 404, 404') beschrieben. Das Verfahren in 5 ist auf die in 2 gezeigten optischen Elemente 215 - 219 und 220 - 225 innerhalb einer Projektionsbelichtungsanlage anwendbar.
In einem ersten Schritt S1 wird ein Degradationswert der optischen Messoberfläche (106, 305, 405, 405') des Spiegelmoduls (100, 300, 400) ermittelt. Wie bereits beschrieben, wird der Degradationswert als Reflektivitätswert, als Phasenwert oder Polarisationswert bestimmt. Hierfür tritt entsprechend strukturiertes Licht (307, 407, 407') mit der optischen Messoberfläche (106, 305, 405, 405') in Wechselwirkung.
In einem zweiten Schritt S2 wird zwischen der optischen Messoberfläche (106, 305, 405, 405') und der optischen Nutzoberfläche (104, 303, 403) ein Temperaturunterschied derart eingestellt, dass die Temperatur T1 der optischen Messoberfläche (106, 305, 405, 405') kleiner ist als die Temperatur T2 der optischen Nutzoberfläche (104, 303, 403).
Vorzugsweise wird dabei ein Temperaturunterschied von mindestens 0.5K, bevorzugt 1 K, besonders bevorzugt 2 K eingestellt.
Vorzugsweise wird in einem dritten Schritt S3 mindestens eine Maßnahme zur Reduktion der Degradation initiiert, wenn der ermittelte Degradationswert einen Grenzdegradationswert erreicht.
Vorzugsweise wird in einem vierten Schritt S4 als mindestens eine Maßnahme eine Erhöhung der Temperatur T1 der optischen Messoberfläche und/oder der Temperatur T2 der optischen Nutzoberfläche ausgeführt.
Vorzugsweise wird in einem vierten Schritt S4 als mindestens eine Maßnahme eine Veränderung einer Spülgasatmosphäre ausgeführt.
Vorzugsweise wird in einem vierten Schritt S4 als mindestens eine Maßnahme eine teil- oder vollständige Reduktion einer Leistung einer für eine Abbildung genutzten EUV-Strahlung ausgeführt.
Vorzugsweise wird in einem vierten Schritt S4 als mindestens eine Maßnahme eine Reduktion einer oder mehrere Konzentrationen oxidierender Spezies ausgeführt.
In 6 ist ein möglicher Verlauf des Degradationswertes 600 einer optischen Messoberfläche als Bestandteil eines Spiegelmoduls einer Projektionsbelichtungsanlage in Abhängigkeit von einer Betriebsdauer 601 gemäß dem beschriebenen erfinderischen Verfahren gezeigt. Der Degradationswert 600 ist dabei ein optisches Signal und kann je nach verwendeten Messverfahren als Reflektivitätswert, als Phasenwert oder Polarisationswert bestimmt werden.
In einer ersten Betriebsphase 602 wird faktisch keine Veränderung des Degradationswertes 600 der optischen Messoberfläche ermittelt. Der Degradationswert verbleibt im Bereich eines ursprünglichen Degradationswertes 603. Daraus folgt, dass die während der ersten Betriebsphase 602 vorliegenden Betriebsbedingungen im Bereich der optischen Messoberfläche als auch der zu überwachenden optischen Nutzoberfläche eine Degradation nicht begünstigen.
In einer zweiten Betriebsphase 604 verändert bzw. reduziert sich der Degradationswert 600 der optischen Messoberfläche leicht im Vergleich zu dem ursprünglichen Degradationswert 603 der ersten Betriebsphase 602 in Richtung eines Grenzdegradationswerts 605. Daraus folgt, dass die während der zweiten Betriebsphase 604 vorliegenden Betriebsbedingungen im Bereich der optischen Messoberfläche als auch der zu überwachenden optischen Nutzoberfläche eine Degradation begünstigen. Beispielsweise kann die Leistung der EUV-Strahlung beim Übergang der Betriebsphasen 602 zu 604 erhöht worden sein. Ebenso kann es zu einer thermisch induzierten Dynamik des Ausgasverhaltens einer oder mehrerer oxidierenden Spezies gekommen sein, wodurch sich deren Konzentration im Bereich der optischen Messoberfläche sowie der optischen Nutzoberfläche erhöht hat. Ebenso kann es zu einer Luft- oder Wasser-Leckage innerhalb der Projektionsbelichtungsanlage gekommen sein, wodurch sich die Konzentration oxidierender Spezies im Bereich der optischen Messoberfläche sowie der optischen Nutzoberfläche erhöht hat.
In Folge eines Erreichens des Grenzdegradationswerts 605 während eines Übergangs der zweiten Betriebsphase 604 zu einer dritten Betriebsphase 606 können verschiedene im Einzelnen bereits beschriebene Maßnahmen ergriffen werden. In diesem Fall folgt der Degradationswert der optischen Messoberfläche einem ersten möglichen Verlauf 607 während der dritten Betriebsphase 606. Eine Änderung des Degradationswertes 600 verläuft in diesem Fall in Richtung des ursprünglichen Degradationswertes 603. Ist der Degradationsprozess aus der zweiten Betriebsphase 604 ausschließlich reversibler Natur, wird dabei der ursprüngliche Degradationswert 603 der optischen Messoberfläche wieder erreicht und diese steht in diesem Fall vollumfänglich für eine weitere Überwachung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Verfügung.
Werden zu Beginn und/oder während der dritten Betriebsphase 606 nach Erreichen des Grenzdegradationswertes 605 keine oder nicht rechtzeitig Maßnahmen ergriffen, folgt der Degradationswert 600 einem zweiten möglichen Verlauf 608. Eine Änderung des Degradationswertes 600 folgt in diesem Fall der Tendenz der Änderung des Degradationswertes 600 während der zweiten Betriebsphase 604. Jedoch ist diese fortschreitende Änderung des Degradationswertes 600 während der dritten Betriebsphase 606 deutlich stärker ausgeprägt. Daraus folgt, dass sich die während der zweiten Betriebsphase 604 begonnene Degradation der optischen Messoberfläche als Folge kritischer Betriebsbedingungen mit einem irreversiblen Charakter fortsetzt. In diesem Fall kann die optische Messoberfläche oder zumindest der verwendete Messbereich nicht mehr für eine Überwachung der optischen Nutzoberfläche verwendet werden, da die Oberflächen der beiden Bereiche keine vergleichbare Zusammensetzung mehr aufweisen.
Bezugszeichenliste

100: Spiegelmodul
101: Abbildungs-Strahlung
102: Vakuumgehäuse
103: erstes optisches Element
104: Optische Nutzoberfläche
105: zweites optisches Element
106: Optische Messoberfläche
107: Restgasanalysator
108: erste Temperiereinheit
109: zweite Temperiereinheit
110: Lichtstrahl
111: Lichtquelle
112: Detektor
113: Messvorrichtung
114: Spüleinheit
200: Projektionsbelichtungsanlage
201: Beleuchtungssystem
202: Strahlungsquelle
203: Beleuchtungsoptik
204: Objektfeld
205: Objektebene
206: Retikel
207: Retikelhalter
208: Projektionsoptik
209: Bildfeld
210: Bildebene
211: Wafer
212: Waferhalter
213: EUV Strahlung
214: Zwischenfokusebene
215: Feldfacettenspiegel
216: Pupillenfacettenspiegel
217 - 219: weitere Spiegel der Beleuchtungsoptik
220 - 225: weitere optische Elemente der Projektionsoptik
226: Vakuumgehäuse
227: zweites optisches Element
228: Vakuumgehäuse
229: zweites optisches Element
300: Spiegelmodul
301: erstes optisches Element
302: Nutz-Facette
303: optische Nutzoberfläche
304: zweite optische Element
305: optische Messoberfläche
306: Lichtquelleinheit
307: strukturiertes Licht
308: Detektoreinheit
309: Messvorrichtung
310: Haltevorrichtung
400: Spiegelmodul
401: optisches Element
402: Nutz-Facette
403: optische Nutzoberfläche
404, 404': zweites optische Element
405, 405': optische Messoberfläche
406, 406': Lichtquelleinheit
407, 407': strukturiertes Licht
408, 408': Detektoreinheit
409, 409': Messvorrichtung
S1: erster Verfahrensschritt
S2: zweiter Verfahrensschritt
S3: dritter Verfahrensschritt
S4: vierter Verfahrensschritt
600: Degradationswert
601: Betriebsdauer
602: erste Betriebsphase
603: ursprünglicher Degradationswert
604: zweite Betriebsphase
605: Grenzdegradationswert
606: dritte Betriebsphase
607: erster möglicher Verlauf
608: zweiter möglicher Verlauf

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 10061204 [0004]
US 9632436 [0005]
EP 1927032 B1 [0005]
DE 102018123328 A1 [0005]
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DE 102009029121 A1 [0036]
DE 102017207862 A1 [0041]
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US 20160327868 A1 [0052]
DE 102018207277 A1 [0052]

Claims

Spiegelmodul (100, 300, 400) für eine Projektionsbelichtungsanlage (200) umfassend, eine optische Nutzoberfläche (104, 303, 403), eine optische Messoberfläche (106, 305, 405, 405'), eine Messvorrichtung (113, 309, 409, 409') zur Ermittlung eines Degradationszustandes der Messoberfläche (106, 305, 405, 405'), dadurch gekennzeichnet, dass das Spiegelmodul (100) eine Temperiervorrichtung (108, 109) umfasst, die derart ausgestaltet ist, dass die Temperatur der optischen Messoberfläche (106, 305, 405, 405') kleiner als die Temperatur der optischen Nutzoberfläche (104, 303, 403) ist.
Spiegelmodul nach Anspruch 1, wobei die Temperatur der optischen Messoberfläche (106, 305, 405, 405'), mindestens 0.5K, bevorzugt 1K, besonders bevorzugt 2 K kleiner als die Temperatur der optischen Nutzoberfläche (104, 303, 403) ist.
Spiegelmodul nach einen der voran gegangenen Ansprüche, wobei das Spiegelmodul mindestens ein erstes optisches Element (103, 216, 223, 301, 401) mit der optischen Nutzoberfläche (104, 303, 403) und mindestens ein zweites optisches Element (105, 227, 229, 304, 404, 404') mit der optischen Messoberfläche (106, 305, 405, 405') aufweist.
Spiegelmodul nach Anspruch 3, wobei das zweite optische Element (105, 227, 229, 304) separiert vom ersten optischen Element (103, 216, 223, 301) angeordnet ist.
Spiegelmodul nach Anspruch 3 und 4, wobei das zweite optisches Element (105, 227, 229, 304) austauschbar ist.
Spiegelmodul nach einen der Ansprüche 3-5, wobei das erste optische Element (103, 216, 223, 301, 402) aus einer Vielzahl von Nutz-Facetten (302, 402) besteht.
Spiegelmodul nach einem der Ansprüche 3-6, wobei das zweite optische Element (105, 227, 229, 304) aus einer Vielzahl von Mess-Facetten (304, 404, 404') besteht.
Spiegelmodul nach einem der Ansprüche 3-7, wobei jeder Messfacette (304, 404, 404') eine separate Messvorrichtung (113, 309, 409, 409') zugeordnet ist.
Spiegelmodul nach einen der voran gegangenen Ansprüche, wobei die Messvorrichtung (113, 309, 409, 409') derart ausgeführt ist, dass sie den Degradationszustand anhand eines Reflektivitätswerts, Phasenwerts oder Polarisationswerts ermittelt.
Spiegelmodul nach einen der voran gegangenen Ansprüche wobei die Temperiervorrichtung mindestens eine erste Temperiereinheit (108) zur Einstellung einer ersten Temperatur T1 der optischen Messoberfläche (106, 305, 405, 405') umfasst.
Spiegelmodul nach Anspruch 7-10, wobei die erste Temperiereinheit (108) dazu ausgebildet ist, unterschiedliche Temperaturen T1 auf unterschiedlichen Mess-Facetten (404, 404') einzustellen.
Spiegelmodul nach einen der voran gegangenen Ansprüche, wobei die Temperiervorrichtung mindestens eine zweite Temperiereinheit (109) zur Einstellung einer zweiten Temperatur T2 der optischen Nutzoberfläche (104, 303, 403) umfasst.
Spiegelmodul nach einen der voran gegangenen Ansprüche, wobei die erste und/oder zweite Temperiereinheit (108, 109) als Fluid-Heizer, Peltier-Element, Strahlheizer oder elektrischen Widerstandheizer ausgeführt ist.
Spiegelmodul nach einen der voran gegangenen Ansprüche, wobei die Temperiervorrichtung zur passiven Einstellung einer Temperatur T1 der optischen Messoberfläche (106, 305, 405, 405') unterschiedlich, insbesondere kleiner im Vergleich zu einer Temperatur T2 der optischen Nutzoberfläche (104, 303, 403) durch unterschiedliche Wärmekapazitäten des ersten optischen Elements (103, 216, 223, 301, 402) und des zweiten optischen Elements (105, 227, 229, 304, 404, 404') ausgeführt ist.
Beleuchtungssystem für eine Projektionsbelichtungsanlage mit einem Spiegelmodul nach einem der Ansprüche 1-14.
Projektionsobjektiv für eine Projektionsbelichtungsanlage mit einem Spiegelmodul nach einem der Ansprüche 1-14.
Projektionsbelichtungsanlage mit einem Beleuchtungssystem nach Anspruch 15 und/oder einen Projektionsobjektiv nach Anspruch 16.
Verfahren zur Vermeidung einer Degradation einer optischen Nutzoberfläche (104, 303, 403) eines Spiegelmoduls (100, 300, 400) für eine Projektionsbelichtungsanlage (200), bei dem ein Degradationswerts (600) einer optischen Messoberfläche (106, 305, 405, 405') des Spiegelmoduls (100, 300, 400) ermittelt wird (S1), dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Verfahren ein Temperaturunterschied zwischen der optischen Messoberfläche (106, 305, 405, 405') und der optischen Nutzoberfläche (104, 303, 403) derart eingestellt wird, dass die Temperatur der optischen Messoberfläche (106, 305, 405, 405') kleiner ist als die Temperatur der optischen Nutzoberfläche (104, 303, 403) (S2).
Verfahren nach Anspruch 18, wobei ein Temperaturunterschied von mindestens 0.5K, bevorzugt 1K, besonders bevorzugt 2 K eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, wobei mindestens eine Maßnahme zur Reduktion der Degradation initiiert wird, wenn der ermittelte Degradationswert (600) einen Grenzdegradationswert (605) erreicht (S3).
Verfahren nach Anspruch 20, wobei als mindestens eine Maßnahme eine Erhöhung der Temperatur T1 der optischen Messoberfläche und/oder T2 der optischen Nutzoberfläche ausgeführt wird (S4).
Verfahren nach Anspruch 20, wobei als mindestens eine Maßnahme eine Veränderung einer Spülgasatmosphäre ausgeführt wird (S4).
Verfahren nach Anspruch 20, wobei als mindestens eine Maßnahme eine teil- oder vollständige Reduktion einer Leistung einer für eine Abbildung genutzten EUV-Strahlung ausgeführt wird (S4).