DE102022211638A1

DE102022211638A1 - Optische Anordnung und EUV-Lithographiesystem

Info

Publication number: DE102022211638A1
Application number: DE102022211638.0A
Authority: DE
Inventors: Andreas Raba; Jens Kugler
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2022-11-04
Filing date: 2022-11-04
Publication date: 2023-11-09

Abstract

Die Erfindung betrifft eine optische Anordnung (25), umfassend: ein optisches Element (Mi) zur Reflexion von Strahlung, insbesondere zur Reflexion von EUV-Strahlung, das ein Substrat (28) und eine reflektierende Beschichtung (31) aufweist, die auf eine Oberfläche (30) des Substrats (28) aufgebracht ist, eine Heizeinrichtung (26) zur lokalen Heizung des Substrats (28), mindestens einen Hohlraum (35), der in dem Substrat (28) unterhalb der Oberfläche (30) verläuft, auf welche die reflektierende Beschichtung (31) aufgebracht ist, sowie eine Kühleinrichtung (27) zum Durchströmen des mindestens einen Hohlraums (35) mit einem Kühlfluid (34). Die Erfindung betrifft auch ein EUV-Lithographiesystem, das mindestens eine solche optische Anordnung (25) umfasst.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine optische Anordnung, umfassend: ein optisches Element zur Reflexion von Strahlung, insbesondere zur Reflexion von EUV-Strahlung, das ein Substrat und eine reflektierende Beschichtung aufweist, die auf eine Oberfläche des Substrats aufgebracht ist, sowie eine Heizeinrichtung zur lokalen Heizung des Substrats. Die Erfindung betrifft auch ein EUV-Lithographiesystem, das mindestens eine solche optische Anordnung umfasst.
Unter einem EUV-Lithographiesystem wird im Sinne dieser Anmeldung ein optisches System verstanden, das auf dem Gebiet der EUV-Lithographie eingesetzt werden kann. Neben einer Projektionsbelichtungsanlage für die EUV-Lithographie, die zur Herstellung von Halbleiterbauelementen dient, kann es sich bei dem Lithographiesystem beispielsweise um ein Inspektionssystem zur Inspektion einer in einer solchen Projektionsbelichtungsanlage verwendeten Photomaske (im Folgenden auch Retikel genannt), zur Inspektion eines zu strukturierenden Halbleitersubstrats (im Folgenden auch Wafer genannt) oder um ein Metrologiesystem handeln, das zur Vermessung einer Projektionsbelichtungsanlage für die EUV-Lithographie oder von Teilen davon, beispielsweise zur Vermessung einer Projektionsoptik, eingesetzt wird.
In der WO2012013747A1 ist ein Projektionsobjektiv für eine EUV-Projektionsbelichtungsanlage beschrieben, das mindestens zwei reflektierende optische Elemente aufweist, die jeweils einen Körper (Substrat) und eine reflektierende Oberfläche aufweisen. Das Projektionsobjektiv kann eine Heizeinrichtung zum Heizen des Substrats des mindestens einen reflektierenden optischen Elements sowie ein Temperaturkontrollsystem zur Einstellung bzw. zur Regelung der Temperatur des mindestens einen optischen Elements aufweisen. Die Heizeinrichtung kann Heizelemente aufweisen, die beispielsweise als IR-Strahlung emittierende Dioden, als Peltier-Elemente, als optische Fasern, als Lichtleitstäbe oder als IR-Laser ausgebildet sind.
Die Heizelemente können in einem Raster bzw. in einer Gitteranordnung angeordnet sein, um eine Zonenheizung zu realisieren, welche die Einstellung eines Temperaturprofils an der reflektierenden Oberfläche ermöglicht. Auf diese Weise sollen thermisch induzierte Deformationen der Oberfläche und damit einhergehende thermisch induzierte Aberrationen des Projektionsobjektivs reduziert werden. Die Heizelemente können von dem Spiegel beabstandet sein und beispielsweise in Form von IR-Lichtquellen ausgebildet sein. Die von den IR-Lichtquellen emittierte Strahlung kann beispielsweise auf die optisch genutzte Oberfläche und/oder auf die Rückseite des Substrats eingestrahlt werden. Die Heizelemente können auch in den Spiegel integriert sein, beispielsweise in Form eines Drahtgitters, das als Widerstandsheizung dient. Es können auch Temperier-Elemente verwendet werden, die sowohl ein Heizen als auch ein Kühlen des Substrats ermöglichen.
Die in der WO2012013747A1 beschriebenen Heiz- bzw. Temperier-Elemente ermöglichen eine lokale Heizung und ggf. Kühlung des Substrats. Aufgrund der thermischen Masse des Substrats ist die Reaktionsgeschwindigkeit der lokalen Heizung (Zonenheizung) begrenzt. Die dort beschriebene Zonenheizung ermöglicht daher nur die Erzeugung von vergleichsweise langsamen Veränderungen des Temperaturprofils an der optischen Oberfläche des reflektierenden optischen Elements. Dies ist ungünstig, wenn thermisch induzierte Aberrationen des optischen Elements schnell kompensiert werden sollen bzw. wenn mit Hilfe des optischen Elements gezielt Deformationen an der optischen Oberfläche des optischen Elements erzeugt werden, um Aberrationen, die an anderen optischen Elementen entstehen, zu kompensieren.
In der DE102019217530A1 ist ein optisches Element für eine Lithographieanlage beschrieben, das eine erste und eine zweite Schicht umfasst, die entlang einer Grenzfläche zusammengesetzt sind. Eine Kühleinrichtung, die zumindest einen Kühlkanal umfasst, der mit einem Kühlmittel durchströmbar ist, verläuft im Bereich der Grenzfläche und ist eingerichtet, das optische Element zu kühlen.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, eine optische Anordnung und ein EUV-Lithographiesystem bereitzustellen, die eine schnelle Einstellung, insbesondere Regelung, der Temperatur des Substrats des optischen Elements ermöglichen.
Gegenstand der Erfindung
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine optische Anordnung der eingangs genannten Art, weiter umfassend: mindestens einen Hohlraum, der in dem Substrat unterhalb der Oberfläche verläuft, auf welche die reflektierende Beschichtung aufgebracht ist, sowie eine Kühleinrichtung zum Durchströmen des mindestens einen Hohlraums mit einem Kühlfluid.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die weiter oben beschriebene Heizeinrichtung (Zonenheizer) mit einem direkt gekühlten Spiegel zu kombinieren, der mit Hilfe eines Kühlfluids, typischerweise mit Hilfe von Wasser, gekühlt wird. Ziel der Fluidkühlung des direkt gekühlten Spiegels ist es, eine möglichst homogene Spiegeltemperatur im Bereich der Oberfläche zu erzeugen, auf welche die reflektierende Beschichtung aufgebracht ist (nachfolgend auch als optische Oberfläche bezeichnet). Mit Hilfe der Fluidkühlung ist es nicht möglich, an der optischen Oberfläche lokal ein gewünschtes Temperaturprofil bzw. eine lokale Deformation einzustellen. Mit Hilfe der weiter oben beschriebenen Heizeinrichtung ist dies grundsätzlich möglich, allerdings ist deren Reaktionsgeschwindigkeit begrenzt (s.o.). Erfindungsgemäß wird die Fluidkühlung des optischen Elements dazu verwendet, um die durch die Heizeinrichtung lokal eingebrachte Wärme schnell abzuführen, wodurch sich die Reaktionsgeschwindigkeit der Thermalmanipulation, d.h. dem gezielten Erzeugen von Deformationen an der optischen Oberfläche, gegenüber einer reinen Zonenheizung erhöht.
Bei einer Ausführungsform weist die Heizeinrichtung zur lokalen Heizung des Substrats mindestens eine Heizstrahlungsquelle auf, die von dem Substrat beabstandet ist und die bevorzugt als IR-Lichtquelle ausgebildet ist. Die Heizstrahlungsquelle(n) dient/dienen zum Einstrahlen von Heizstrahlung auf das Substrat und kann/können wie bei herkömmlichen Zonenheizern als IR-Lichtquellen ausgebildet sein, beispielsweise als IR-Laser oder als IR-Strahlung emittierende Dioden. Eine jeweilige Heizstrahlungsquelle kann auf einen bestimmten Bereich des Substrats ausgerichtet sein, um dort lokal einen Wärmeeintrag einzubringen. Es ist aber auch möglich, dass die Heizstrahlung einer oder mehrerer Heizstrahlungsquellen mit Hilfe einer Scannereinrichtung umgelenkt und auf unterschiedliche Bereiche des Substrats ausgerichtet wird, um dort einen lokalen Wärmeeintrag einzubringen. Die Heizeinrichtung kann auch Elemente zur Strahlformung der Heizstrahlung und/oder strahlführende Elemente umfassen.
Der Ort des Wärmeeintrags in den Spiegel (bzw. in das Substrat-Material, dessen Wärmeausdehnung ursächlich für eine gezielte Deformation der optischen Oberfläche des Spiegels ist) sollte möglichst dicht an der Kühlung bzw. an dem von dem Kühlfluid durchströmten Hohlraum positioniert werden. Dies bietet ein geeignetes Mittel, um die Ansprechzeiten des als Thermalmanipulator dienenden Spiegels gezielt zu beeinflussen und auf diese Weise den Nachteil der geringen thermischen Leitfähigkeit der typischerweise in optischen Komponenten verwendeten Substrat-Materialien zu kompensieren.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Heizeinrichtung eine Mehrzahl von innerhalb des Substrats angeordneten Heizelementen auf, die in direktem oder indirektem thermischem Kontakt mit dem Kühlfluid stehen, welches den mindestens einen Hohlraum durchströmt. Wie weiter oben beschrieben wurde, ist es in der Regel günstig, wenn ein lokalisierter Eintrag von Wärme möglichst nahe an dem Kühlfluid erfolgt. Zu diesem Zweck kann ein jeweiliges Heizelement in einem jeweiligen Hohlraum angeordnet sein und in direktem Kontakt mit dem Kühlfluid stehen, wobei das Heizelement typischerweise ganz oder teilweise von diesem umströmt wird. Unter einem indirekten thermischen Kontakt wird verstanden, dass das Heizelement mit dem Substrat bzw. mit dem Substrat-Material in Kontakt steht, aber nicht direkt mit dem den Hohlraum durchströmenden Kühlfluid, d.h. das Heizelement ist außerhalb der Hohlräume angeordnet. In diesem Fall ist es möglich, dass das Heizelement an einem Ort angeordnet ist, dessen thermische Kopplung an die Wärmesenke in Form des Kühlfluids einen Designparameter darstellt. Ausschlaggebend für die thermische Kopplung ist der thermische Widerstand innerhalb des Wärmepfades von der Wärmequelle zur Wärmesenke. Der thermische Widerstand kann durch die konstruktive Gestaltung, insbesondere die Geometrie des Wärmepfads, beispielsweise in Form des Abstands zwischen dem Heizelement als Wärmequelle und dem mit dem Fluid durchströmten Hohlraum als Wärmesenke beeinflusst werden. Der thermische Widerstand des Wärmepfads ist auch von der spezifischen Wärmeleitfähigkeit des Werkstoffs zwischen der Wärmequelle und der Wärmesenke abhängig, der ebenfalls einen Designparameter für die thermische Kopplung darstellt.
Es ist günstig, wenn die Heizeinrichtung sowohl die weiter oben beschriebenen Heizstrahlungsquellen aufweist, die Energie von oben auf die optische Oberfläche einstrahlen als auch Heizelemente, welche das Substrat von unten erwärmen. Auf diese Weise kann die thermische Reaktionszeit des Thermalmanipulators verkürzt werden.
Bei einer Weiterbildung dieser Ausführungsform sind die Heizelemente als Widerstandsheizelemente, als Wirbelstromheizelemente oder als Strahlungs-Absorptionselemente ausgebildet. Heizelemente in Form von Widerstandsheizelementen müssen elektrisch kontaktiert werden, d.h. es sind elektrische Leitungen für deren Kontaktierung erforderlich. Dies ist bei Wirbelstromheizelementen nicht der Fall, da diese durch elektromagnetische Wechselfelder zur Erwärmung gebracht werden können. Hierbei wird die Energiedissipation ausgenutzt, die durch Wirbelströme in dem Wirbelstromheizelement hervorgerufen bzw. induziert werden. Bei dem Wirbelstromheizelement kann es sich um einen metallischen Körper handeln, der nicht elektrisch kontaktiert werden muss. Typischerweise handelt es sich bei dem Metall um ein Weicheisen-Material, d.h. um ein elektrisch leitfähiges, nicht ferromagnetisches Material, z.B. um Aluminium. Die elektromagnetischen Wechselfelder lassen sich beispielsweise durch eine Spulenanordnung mit einer oder mehreren Spulen erzeugen. Die Spulen können sich außerhalb des Substrats des reflektierenden optischen Elements befinden, es ist aber auch möglich, dass diese sich innerhalb des Substrats befinden, beispielsweise in zu diesem Zweck geschaffenen Kavitäten. Auch eine Spulenanordnung von in Form einer Beschichtung hergestellten Planspulen in einer separaten Ebene, beispielsweise einer Bonding-Ebene, innerhalb des Substrats ist möglich.
Es ist nicht zwingend erforderlich, den Energieeintrag in die Heizelemente durch einen elektrischen Stromfluss zu erzeugen, vielmehr kann der Energieeintrag auch durch elektromagnetische Strahlung, beispielsweise durch IR-Strahlung, erfolgen. In diesem Fall kann die (IR-)Strahlung beispielsweise in einer oder in mehreren optischen Fasern zu dem Heizelement geführt werden und das Heizelement ist als Strahlungs-Absorptionselement mit erhöhter Absorption für die (IR-)Strahlung ausgebildet. Insbesondere kann es sich bei dem Strahlungs-Absorptionselement um eine optische Kavität handeln, in welche die Strahlung, z.B. in Form von Laserstrahlung, eingekoppelt wird und in deren Volumen sich die Strahlung totläuft. Die Strahlung wird hierbei im Volumen des Heizelements absorbiert, wie dies beispielsweise in der eingangs zitierten WO2012013747A1 beschrieben ist, die durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht wird. An Stelle von optischen Fasern können innerhalb des Substrats auch optische Kanäle geschaffen werden, um die IR-Strahlung zu dem Strahlungs-Absorptionselement zu leiten. Die entsprechenden Kanäle können durch Strukturieren des Substrats mit Ultrakurzpulslasern, durch mechanische Erzeugung der Kanäle und anschließendes Bonden von zwei oder mehr Teilkörpern zu einem zwei- oder mehrteiligen Substrat hergestellt werden. In diesem Fall werden die als Vertiefungen in einem der beiden Teilkörper gebildeten Kanäle beim Bonden durch den anderen Teilkörper verschlossen.
Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst die optische Anordnung eine Mehrzahl von innerhalb des Substrats angeordneten Temperatursensoren, wobei die Temperatursensoren in direktem oder indirekten thermischem Kontakt mit dem den Hohlraum durchströmenden Kühlfluid stehen. Wie weiter oben in Zusammenhang mit den Heizelementen beschrieben wurde, können auch die Temperatursensoren in direktem oder - über das Substrat-Material - in indirektem thermischen Kontakt mit dem Kühlfluid stehen. Durch die Verwendung von Temperatursensoren ist es möglich, den Thermalmanipulator geregelt zu betreiben. Hierbei kann beispielsweise jedem der Heizelemente ein Temperatursensor zugeordnet werden, der sich in unmittelbarer Nachbarschaft des jeweiligen Heizelements befindet. Es ist auch möglich, dass der Temperatursensor oder mehrere Temperatursensoren weiter von dem jeweiligen Heizelement beabstandet angeordnet sind, wenn die Temperaturmessung eine Korrelation mit der lokalen Deformation der optischen Oberfläche ermöglicht. Auch in diesem Fall kann eine lokale Regelung der Temperatur des Substrats vorgenommen werden.
Bei einer Weiterbildung umfasst die optische Anordnung eine Regeleinrichtung zur Regelung einer Temperatur des Substrats durch Einwirken auf mindestens eine der Heizstrahlungsquellen und/oder der Heizelemente. Wie weiter oben beschrieben wurde, kann mit Hilfe der Temperatursensoren eine lokale Ist-Temperatur gemessen werden und mit Hilfe der Regeleinrichtung, die auf die Heizstrahlungsquellen bzw. die Heizelemente einwirkt, kann eine Regelung der Ist-Temperatur auf eine vorgegebene Soll-Temperatur erfolgen. Für die Herstellung der Temperatursensoren bietet es sich an, auf Methoden der Mikrosystemtechnik zurückzugreifen, beispielsweise um die Temperatursensoren in Form einer strukturierten Beschichtung an einer Oberfläche des Substrat-Materials aufzubringen. Bei der Oberfläche kann es sich insbesondere um eine Wand des mindestens einen Hohlraums handeln, der von dem Kühlfluid durchströmt wird. Es ist auch möglich, dass der bzw. ein jeweiliger Temperatursensor zwischen benachbarten Hohlräumen angeordnet ist und selbst nicht direkt mit dem Kühlfluid in Kontakt steht.
Grundsätzlich ist es möglich, mit Hilfe der Heizelemente lokal eine rasche Abkühlung zu realisieren, indem die Heizleistung reduziert wird.
Die Regelung der Temperatur des dem Hohlraum zugeführten Kühlfluids (Kühlfluideingangstemperatur) kann genutzt werden, um einen Temperaturoffset des Substrats einzustellen.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist das Substrat des optischen Elements einen ersten Teilkörper und einen zweiten Teilkörper auf, die an einer Grenzfläche zusammengesetzt sind, wobei die reflektierende Beschichtung auf eine dem mindestens einen Hohlraum abgewandte Oberfläche des ersten Teilkörpers aufgebracht ist und der mindestens eine Hohlraum im Bereich der Grenzfläche verläuft. Wie weiter oben in Zusammenhang mit den Kanälen zur Führung der IR-Strahlung beschrieben wurde, wird der (mindestens eine) Hohlraum typischerweise durch mechanische Bearbeitung des Substrats erzeugt, um eine oder mehrere Vertiefungen in mindestens einem der beiden Teilkörper, typsicherweise im zweiten Teilkörper, zu bilden. Der zweite Teilkörper wird durch Bonden, beispielsweise durch reaktives Bonden, durch Fusion-Bonding (=direktes Fügen), durch Hydroxid-Bonding, durch silikatisches Bonding oder durch Ansprengen mit dem ersten Teilkörper verbunden, wodurch der Hohlraum gebildet wird. Der mindestens eine Hohlraum ist mit mindestens einem in dem Substrat gebildeten Einlass sowie mit mindestens einem in dem Substrat gebildeten Auslass verbunden, an dem das Kühlfluid dem Substrat zugeführt bzw. aus dem Substrat abgeführt wird.
Es ist möglich, dass das Kühlfluid mit Hilfe eines Verteilers bzw. einer Verteiler-Mannigfaltigkeit ausgehend von dem Einlass auf mehrere Hohlräume, z.B. in Form von Kühlkanälen, aufgeteilt wird und mit Hilfe eines Sammlers bzw. einer Sammler-Mannigfaltigkeit das Kühlfluid aus der Mehrzahl von parallel durchströmten Hohlräumen gesammelt wird, bevor dieses dem Auslass zugeführt wird. Es ist alternativ auch möglich, dass unterhalb der optischen Oberfläche ein großer, zusammenhängender Hohlraum ausgebildet wird, der entlang der Grenzfläche zwischen dem ersten Teilkörper und dem zweiten Teilkörper verläuft. In diesem Fall ist es erforderlich, die Geometrie des zusammenhängenden Hohlraums geeignet anzupassen, um eine Strömungsführung zu realisieren, welche eine Durchströmung aller gewünschten Teile des Hohlraums ermöglicht.
Bei einer Weiterbildung dieser Ausführungsform sind die Heizelemente und/oder die Temperatursensoren an einer Oberfläche des ersten Teilkörpers angebracht und bevorzugt in einer Rasteranordnung angeordnet. Wie weiter oben beschrieben wurde, dient der erste Teilkörper typsicherweise als Deckel, um die Vertiefungen in dem zweiten Teilkörper zu verschließen. Für den Fall, dass die Heizelemente und/oder die Temperatursensoren an der Oberfläche des ersten Teilkörpers angebracht sind, die dem Hohlraum zugewandt ist, stehen diese typischerweise direkt mit dem Kühlfluid in Kontakt und werden von diesem umströmt. Die Heizelemente und/oder die Temperatursensoren können z.B. in Form einer Beschichtung auf die Oberfläche des ersten Teilköpers aufgebracht werden. Alternativ können die Heizelemente und/oder die Temperatursensoren an der Oberfläche angeklebt oder auf andere Weise befestigt werden. Die Rasteranordnung kann beispielsweise in der Art eines Schachbrettmusters ausgebildet sein.
Bei einer weiteren Weiterbildung weist der Hohlraum eine Mehrzahl von an dem zweiten Teilkörper gebildeten Stegen auf, deren Stirnseiten der Oberfläche des ersten Teilkörpers zugewandt sind, wobei die Heizelemente und/oder die Temperatursensoren in einem Zwischenraum zwischen der Stirnseite eines jeweiligen Stegs und der Oberfläche des ersten Teilkörpers angebracht und bevorzugt von der Stirnseite eines jeweiligen Stegs beabstandet sind. Die Stege können beispielsweise quaderförmig oder zylinderförmig ausgebildet sein und sind bevorzugt ebenfalls in einer Rasteranordnung angeordnet. Die Stege (mit dem Spalt) dienen hauptsächlich der Strömungsführung des Fluids.
Durch die Beabstandung der Heizelemente und/oder der Temperatursensoren von den Stirnseiten der Stege wird in dem Zwischenraum zwischen der Stirnseite eines jeweiligen Stegs und dem jeweiligen Temperatursensor bzw. Heizelement ein Spalt gebildet, der von dem Kühlfluid durchströmt wird. Auf diese Weise wird erreicht, dass das Heizelement bzw. der Temperatursensor mit Ausnahme der Fläche, mit der dieses bzw. dieser an die Oberfläche des ersten Teilkörpers angebunden ist, von dem Kühlfluid umströmt wird.
Da die Heizelemente bzw. die Temperatursensoren einen vom Werkstoff des Substrats unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten („Coefficient of Thermal Expansion“, CTE) aufweisen - sofern sie nicht aus dem Werkstoff des Substrats selbst bestehen - tritt bei der Erwärmung eine Geometrieänderung der Heizelemente bzw. der Temperatursensoren auf, die eine Deformation der optischen Oberfläche hervorrufen kann. Bei der Deformation kann es sich um einen erwünschten oder um einen unerwünschten Effekt handeln. Ist der Effekt unerwünscht, so bietet der Spalt einen Raum, in den das Heizelement bzw. der Temperatursensor expandieren kann. Ist der Effekt erwünscht, ist zwischen dem jeweiligen Heizelement bzw. Temperatursensor und der Stirnseite des jeweiligen Stegs kein Spalt vorgesehen.
Bei einer alternativen Ausführungsform ist das jeweilige Heizelement als Beschichtung an den jeweiligen Stegen aufgebracht oder das Heizelement ist in die jeweiligen Stege eingebracht, um gezielt den Wärmedurchgangwiederstand zum Kühlfluid einzustellen. Auf diese oder auf andere Weise kann eine konstruktive Beeinflussung der Wärmeströme bzw. Wärmepfade des Thermalmanipulators erfolgen. Für den Fall, dass der thermische Widerstand zwischen dem Heizelement um dem Kühlfluid sehr gering ist, sind sehr hohe Heizleistungen zur Aufheizung des Substrats erforderlich. Die hohe Heizleistung wird über das Kühlfluid abtransportiert und kann negative Auswirkungen haben (Verschmieren des örtlichen Temperaturverlaufs). Ist der thermische Widerstand hingegen sehr hoch, ist die Regelgeschwindigkeit stark eingeschränkt.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist in dem Hohlraum eine Mehrzahl von Stützstreben angebracht, wobei die Heizelemente und/oder die Temperatursensoren zwischen den Stützstreben angeordnet sind, die Stützstreben ringförmig umgeben und/oder wobei die Stützstreben als Strahlungs-Absorptionselemente ausgebildet sind. Bei dieser Ausführungsform verbinden die Stützstreben die Oberfläche des ersten Teilkörpers mit dem zweiten Teilkörper. Die Stützstreben können als überstehende Abschnitte des ersten oder des zweiten Teilkörpers ausgebildet sein, es ist aber auch möglich, dass die Stützstreben zusätzliche Bauteile bilden, die mit dem ersten Teilkörper und mit dem zweiten Teilkörper verbunden sind bzw. an diesen anliegen. In diesem Fall kann eine jeweilige Stützstrebe aus einem anderen Material als der erste Teilkörper und der zweite Teilkörper bestehen. Bevorzugt sind die Stützstreben aus einem optischen Material hergestellt, insbesondere aus demselben optischen Material wie der erste Teilkörper und der zweite Teilkörper, beispielsweise aus titandotiertem Quarzglas (ULEO).
In dem hier beschriebenen Beispiel können die Stützstreben als Heizelemente in Form von Strahlungs-Absorptionselementen dienen, d.h. als optische Kavität, in die (IR-)Strahlung eingestrahlt wird, wie dies weiter oben beschrieben wurde. In diesem Fall ist es günstig, wenn auf die Stützstrebe eine Beschichtung aufgebracht ist, die dazu dient, die in das Volumen der Stützstrebe eingestrahlte (IR-)Strahlung dort zu halten, beispielsweise diese mehrfach zu reflektieren. In diesem Fall kann eine jeweilige Stützstrebe auch mit einer oder mit mehreren zusätzlichen Kühlbohrungen versehen sein, um gezielt die Zeitkonstante des optischen Elements bzw. der Thermalmanipulation zu beeinflussen. Die Stützstrebe kann hierbei eine praktisch beliebige Geometrie aufweisen.
Durch die Stützstreben wird die Grenzfläche, an welcher der erste Teilkörper und der zweite Teilkörper zusammengesetzt sind, vergrößert und somit wird der erste Teilkörper zusätzlich abgestützt, um durch die Strömung des Kühlfuids durch den Hohlraum bedingte Vibrationen zu reduzieren und Auswirkungen von Druckschwankungen des Kühlfluids zu unterdrücken. Die Heizelemente sowie die Temperatursensoren können in dem Hohlraum zwischen den Stützstreben angebracht sein, beispielsweise an der Oberfläche des ersten Teilkörpers. In diesem Fall ist die Geometrie der Stützstrebe praktisch beliebig. Es ist aber auch möglich, dass ein jeweiliges Heizelement eine jeweilige Stützstrebe ringförmig umgibt. In diesem Fall sind die Stützstreben typischerweise in der Art eines länglichen Zapfens ausgebildet. Grundsätzlich wirkt auch die Verwendung eines inkompressiblen Kühlfluids (d.h. einer Flüssigkeit) dem Auftreten von Schwingungen entgegen.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist das Substrat einen dritten Teilkörper auf, der an einer weiteren Grenzfläche mit dem zweiten Teilkörper zusammengesetzt ist, wobei das Substrat mindestens einen Verteiler zur Zuführung des Kühlfluids zu dem mindestens einen Zwischenraum im Bereich der Grenzfläche zwischen dem ersten Teilkörper und dem zweiten Teilkörper sowie mindestens einen Sammler zum Abführen des Fluids von dem mindestens einen Zwischenraum im Bereich der weiteren Grenzfläche zwischen dem zweiten Teilkörper und dem dritten Teilkörper aufweist.
Bei den weiter oben beschriebenen Ausführungsformen heizt sich das Kühlfluid lokal auf, wenn es an einem jeweiligen Heizelement vorbeiströmt, sodass die von einem jeweiligen Heizelement eingebrachte Wärme entlang der Strömung des Kühlfluids „verschmiert“ wird. Dieser Effekt kann in der Regel toleriert werden. Sollte dies nicht möglich sein, ist es erforderlich, das Kühlfluid, das ein jeweiliges Heizelement umströmt hat, möglichst schnell von der optischen Oberfläche in Richtung der Rückseite des optischen Elements abzuführen.
Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass der zweite Teilkörper vergleichsweise dünn ausgebildet wird und an den ersten Teilkörper sowie an den dritten Teilkörper gebondet oder angesprengt wird. Auf diese Weise kann ein dreidimensionaler Aufbau der Kühlleitungen realisiert werden, bei dem das Kühlfluid die Wärme an dem jeweiligen Heizelement aufnimmt und dann von der optischen Oberfläche weggeführt wird, um in dem Sammler im Bereich der Grenzfläche zwischen dem zweiten Teilkörper und dem dritten Teilkörper gesammelt und über den Auslass von dem Substrat abgeführt zu werden. Grundsätzlich ist es möglich, die Kühlwasserführung auf andere Weise auszugestalten, um zu vermeiden, dass die von einem jeweiligen Heizelement eingebrachte Wärme parasitär in andere Bereiche verschmiert wird. Ebenso ist eine monolithische Fertigung des zweiten und dritten Teilkörpers möglich. Es ist auch möglich, dass das Substrat monolithisch ausgebildet ist und dass die Hohlräume in das monolithische Substrat eingebracht sind. Die Herstellung der Hohlräume in dem monolithischen Substrat kann beispielsweise durch selektives Laserätzen oder durch Laserablation erfolgen.
Bei einer weiteren Ausgestaltung kann auf den mechanischen Kontakt des jeweiligen Heizelements zum Substrat (praktisch vollständig) verzichtet werden, d.h. das Heizelement ist nahezu vollständig von dem Kühlfluid umgeben. Die Anbindung an das Substrat kann in einer Art gestaltet sein, in welcher der Wärmetransport durch die mechanische Anbindung in das Substrat minimal ist. Dies kann beispielsweise durch die Verwendung einer mechanischen Anbindung aus einem Werkstoff mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit erfolgen. Ebenso ist die Geometrie der mechanischen Anbindung von Bedeutung, z.B. kann die Anbindung einen geringen Querschnitt aufweisen und beispielsweise in der Art von dünnen Stege bzw. „Füßchen“ ausgebildet sein. Des Weiteren ist die thermische Anbindung an das umströmende Fluid relevant. Wird das (noch) kalte Fluid erst an der Halterung vorbeigeführt, bevor die Aufheizung durch das Heizelement erfolgt, so ist die Halterung aktiv gekühlt und der Wärmestrom vom Heizelement über die mechanische Anbindung in das Spiegelsubstrat ist minimal. Selbstverständlich sind diese Ansätze kombinierbar und um weitere Ansätze erweiterbar wie sie aus dem allgemeinen Maschinenbau bekannt sind. Die Wärmeübertragung findet in diesem Fall lokal vom Heizelement auf das Kühlfluid und vom Kühlfluid auf das Substrat des reflektierenden optischen Elements statt. Die mechanische Anbindung erfolgt bevorzugt nicht an dem ersten Teilkörper, der die optische Oberfläche aufweist.
Bei einer weiteren Ausführungsform sind an mindestens einer Oberfläche des Hohlraums elektrische Leiterbahnen zur elektrischen Kontaktierung der Heizelemente und/oder der Temperatursensoren angebracht. Wie weiter oben beschrieben wurde, ist insbesondere bei der Verwendung von Heizelementen in Form von Widerstandsheizelementen eine elektrische Kontaktierung erforderlich. Durch das Aufbringen einer strukturierten elektrisch leitenden Beschichtung auf eine oder auf mehrere Oberflächen des Hohlraums kann vermieden werden, dass sehr viele elektrische Leitungen in Form von Kabeln verlegt werden müssen. Bevorzugt wird die strukturierte elektrisch leitende Beschichtung bzw. werden die Leiterbahnen an der Oberfläche des ersten Teilkörpers angebracht, die an den zweiten Teilkörper angrenzt, da sich dort in der Regel auch die Heizelemente und/oder die Temperatursensoren befinden.
Bei einer Weiterbildung dieser Ausführungsform sind die elektrischen Leiterbahnen durch eine elektrisch isolierende Beschichtung von dem Kühlfluid (und auch voneinander) elektrisch isoliert. Eine elektrische Isolation der Leiterbahnen kann durch eine elektrisch isolierende Beschichtung erreicht werden, die z.B. aus SiO₂, aus Al₂O₃ oder aus einem anderen geeigneten Werkstoff besteht bzw. hergestellt ist, in welche die elektrischen Leiterbahnen eingebettet sind.
Alternativ ist es möglich, für die elektrische Kontaktierung der Heizelemente und/oder der Temperatursensoren Kabel zu verwenden, die in dem Kühlfluid verlaufen bzw. an der Wand des Hohlraums bzw. der Kühlkanäle mechanisch fixiert werden.
Die Führung der elektrischen Leitungen, die in Form einer strukturierten Beschichtung oder in Form von Kabeln ausgebildet sein können, kann auch in einer separaten Ebene bzw. an einer weiteren Grenzfläche zwischen zwei Teilkörpern erfolgen, wie dies weiter oben in Zusammenhang mit dem Sammler bzw. mit der Sammler-Mannigfaltigkeit beschrieben wurde. In einer solchen Ebene können Hohlräume für die Kabelführung vorgesehen sein oder die Leiterbahnen befinden sich unmittelbar an der Grenzfläche zwischen den beiden Teilkörpern. Auch kann die Grenzfläche bzw. die Fügeebene selbst als Kontaktierung dienen.
Die Führung der elektrischen Leitungen kann beispielsweise auf die folgende Weise realisiert werden: 1.) Schaffung von Hohlräumen in einer separaten Ebene bzw. im Bereich einer separaten Grenzfläche für die Verlegung von Kabeln. 2.) Schaffung einer separaten Ebene bzw. Grenzfläche, die mit den Leiterbahnen beschichtet ist. Die Leiterbahnen können in hierfür vorgesehenen Hohlräumen liegen oder stoffschlüssig in bzw. entlang der Grenzfläche bzw. Bondingebene eingebettet sein. Beispielsweise kann die Bonding-Verbindung zwischen den beiden Teilkörpern in diesem Fall als Frit-Bonding (unter Verwendung eines Glas-Frits) ausgebildet werden, wobei die durch die Leiterbahnen entstehende Unebenheit durch das Glas-Frit aufgefüllt wird.
Wird beim Bonden bzw. beim Fügen der Teilkörper ein elektrisch leitfähiges Fügematerial verwendet, so kann dessen elektrische Leitfähigkeit direkt für die elektrische Kontaktierung der Heizelemente verwendet werden. Die Steuerspannungen für die einzelnen Heizelemente müssen elektrisch getrennt sein, weshalb sich eine Strukturierung der Fügung bzw. des Fügematerials anbietet. Beispiele für elektrisch leitfähige Fügeverbindungen sind: Reaktives Bonden, Löten mit metallischen Loten, sowie adhäsives Bonden mit elektrisch leitfähigem Klebstoff. Für einen Common Ground ist eine durchgängige Fügung vorteilhaft.
Um die elektrischen Leitungen aus dem Substrat herauszuführen, bestehen verschiedene Möglichkeiten. Beispielsweise kann im Falle von elektrischen Leiterbahnen, die einen Teil einer strukturierten Beschichtung bilden, die im Bereich einer Grenzfläche zwischen zwei Teilkörpern des Substrats verläuft, die Beschichtung am seitlichen Rand der Grenzfläche kontaktiert werden bzw. die Kontaktierung kann aus dem Substrat herausgeführt werden. Für den Fall, dass es sich bei den elektrischen Leitungen um Kabel handelt, können diese mittels einer Durchführung, wie sie für Kabel und Rohre aus dem Stand der Technik bekannt ist, insbesondere in ihrer wasserdichten Ausgestaltungsform, aus dem Substrat herausgeführt werden.
Es ist auch möglich, die Kabel in einer Rohrleitung aus dem Substrat herauszuführen, die zur Zuführung oder zur Abführung des Kühlfluids dient. In diesem Fall verlaufen die Kabel in dem Kühlfluid innerhalb der Rohrleitung und werden außerhalb des Substrats an einer beliebigen Stelle der Rohrleitung an einer (abgedichteten) Kabeldurchführung nach außen gelegt. Die Abdichtung kann beispielsweise stoffschlüssig, z.B. in Form einer Klebung, erfolgen oder durch gängige Dichtkonzepte wie Elastomerdichtungen oder Stopfbuchsen. In speziellen Ausführungsformen und Anwendungsfällen sind auch Spaltdichtungen und deren Abwandlungen wie Labyrinthdichtungen einsetzbar. Für den Fall, dass die Kabel in einer separaten Ebene innerhalb des Substrats geführt sind, können diese ggf. ohne die Notwendigkeit einer Abdichtung aus dem Substrat herausgeführt werden, es kann aber auch in diesem Fall eine Abdichtung erfolgen. Grundsätzlich ist es auch möglich, die Steuerspannungen durch leitende Beschichtungen an der Innenseite des Rohrs bzw. der (ggf. flexiblen) Rohrleitung an die elektrischen Leitungen zu übergeben, die mit den Heizelementen und/oder mit den Temperatursensoren verbunden sind.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein EUV-Lithographiesystem, umfassend: mindestens eine optische Anordnung, die wie weiter oben beschrieben ausgebildet ist. Bei dem EUV-Lithographiesystem kann es sich um eine EUV-Lithographieanlage zur Belichtung eines Wafers oder um eine andere optische Anordnung handeln, die EUV-Strahlung verwendet, beispielsweise um ein EUV-Inspektionssystem, z.B. zur Inspektion von in der EUV-Lithographie verwendeten Masken, Wafern oder dergleichen. Wie weiter oben beschrieben wurde, kann die optische Anordnung als Thermalmanipulator verwendet werden, um gezielt die Wellenfront der an dem optischen Element reflektierten Strahlung zu verändern.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele sind in der schematischen Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigt

1 schematisch im Meridionalschnitt eine Projektionsbelichtungsanlage für die EUV-Projektionslithografie,
2a,b schematische Darstellungen einer optischen Anordnung, die als Thermalmanipulator dient und einen direkt gekühlten Spiegel mit einer Mehrzahl von Heizelementen bzw. von Heizelementen und Temperatursensoren umfasst,
3 einen schematische Schnittdarstellung des Spiegels von 2a mit einem Hohlraum, der sich zwischen einem Einlass und einem Auslass für ein Kühlfluid erstreckt, die sich an zwei gegenüberliegenden Ecken des Hohlraums befinden, in dem eine Mehrzahl von Stegen angeordnet ist,
4a,b einen schematische Schnittdarstellung analog zu 3, bei denen sich die Einlassöffnung und die Auslassöffnung mittig an zwei gegenüberliegenden Kanten eines rechteckigen Hohlraums befinden,
5a,b einen Längsschnitt durch einen Spiegel, bei dem der Hohlraum eine Mehrzahl von Stützstreben aufweist, sowie
6a,b einen Querschnitt und einen Längsschnitt eines direkt gekühlten Spiegels mit einem Verteiler zum Zuführen des Kühlfluids von einem Einlass zu einer Mehrzahl von Heizelementen und mit einem Sammler zum Abführen des Kühlfluids zu einem Auslass, wobei der Verteiler und der Sammler sich auf unterschiedlichen Ebenen befinden.

In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen werden für gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile identische Bezugszeichen verwendet.
Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf 1 exemplarisch die wesentlichen Bestandteile einer optischen Anordnung für die EUV-Lithographie in Form einer Projektionsbelichtungsanlage 1 für die Mikrolithographie beschrieben. Die Beschreibung des grundsätzlichen Aufbaus der Projektionsbelichtungsanlage 1 sowie von deren Bestandteilen ist hierbei nicht einschränkend zu verstehen.
Eine Ausführung eines Beleuchtungssystem 2 der Projektionsbelichtungsanlage 1 hat neben einer Licht- bzw. 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 zum sonstigen Beleuchtungssystem separates Modul bereitgestellt sein. In diesem Fall umfasst das Beleuchtungssystem die Lichtquelle 3 nicht.
Beleuchtet wird 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 1 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 der 1 längs der y-Richtung. Die z-Richtung verläuft senkrecht zur Objektebene 6.
Die Projektionsbelichtungsanlage 1 umfasst ein Projektionssystem 10. Das Projektionssystem 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 Waferverlagerungsantrrieb 15 kann synchronisiert zueinander erfolgen.
Bei der Strahlungsquelle 3 handelt es sich um eine EUV-Strahlungsquelle. Die Strahlungsquelle 3 emittiert insbesondere EUV-Strahlung 16, welche im Folgenden auch als Nutzstrahlung, Beleuchtungsstrahlung oder Beleuchtungslicht bezeichnet wird. Die Nutzstrahlung hat insbesondere eine Wellenlänge im Bereich zwischen 5 nm und 30 nm. Bei der Strahlungsquelle 3 kann es sich um eine Plasmaquelle handeln, zum Beispiel um eine LPP-Quelle (Laser Produced Plasma, mithilfe eines Lasers erzeugtes Plasma) oder um eine DPP-Quelle (Gas Discharged Produced Plasma, mittels Gasentladung erzeugtes Plasma). Es kann sich auch um eine synchrotronbasierte Strahlungsquelle handeln. Bei der Strahlungsquelle 3 kann es sich um einen Freie-Elektronen-Laser (Free-Electron-Laser, FEL) handeln.
Die Beleuchtungsstrahlung 16, die von der Strahlungsquelle 3 ausgeht, wird von einem Kollektorspiegel 17 gebündelt. Bei dem Kollektorspiegel 17 kann es sich um einen Kollektorspiegel mit einer oder mit mehreren ellipsoidalen und/oder hyperboloiden Reflexionsflächen handeln. Die mindestens eine Reflexionsfläche des Kollektorspiegels 17 kann im streifenden Einfall (Grazing Incidence, GI), also mit Einfallswinkeln größer als 45° zur Normalenrichtung des Kollektorspiegels 17, oder im normalen Einfall (Normal Incidence, NI), also mit Einfallwinkeln kleiner als 45° zur Normalenrichtung des Kollektorspiegels 17, mit der Beleuchtungsstrahlung 16 beaufschlagt werden. Der Kollektorspiegel 17 kann einerseits zur Optimierung seiner Reflektivität für die Nutzstrahlung und andererseits zur Unterdrückung von Falschlicht strukturiert und/oder beschichtet sein.
Nach dem Kollektorspiegel 17 propagiert die Beleuchtungsstrahlung 16 durch einen Zwischenfokus in einer Zwischenfokusebene 18. Die Zwischenfokusebene 18 kann eine Trennung zwischen einem Strahlungsquellenmodul, aufweisend die Strahlungsquelle 3 und den Kollektorspiegel 17, und der Beleuchtungsoptik 4 darstellen.
Die Beleuchtungsoptik 4 umfasst einen Umlenkspiegel 19 und diesem im Strahlengang nachgeordnet einen ersten Facettenspiegel 20. Bei dem Umlenkspiegel 19 kann es sich um einen planen Umlenkspiegel oder alternativ um einen Spiegel mit einer über die reine Umlenkungswirkung hinaus bündelbeeinflussenden Wirkung handeln. Alternativ oder zusätzlich kann der Umlenkspiegel 19 als Spektralfilter ausgeführt sein, der eine Nutzlichtwellenlänge der Beleuchtungsstrahlung 16 von Falschlicht einer hiervon abweichenden Wellenlänge trennt. Der erste Facettenspiegel 20 umfasst eine Vielzahl von einzelnen ersten Facetten 21, welche im Folgenden auch als Feldfacetten bezeichnet werden. Von diesen Facetten 21 sind in der 1 nur beispielhaft einige dargestellt. Im Strahlengang der Beleuchtungsoptik 4 ist dem ersten Facettenspiegel 20 nachgeordnet ein zweiter Facettenspiegel 22. Der zweite Facettenspiegel 22 umfasst eine Mehrzahl von zweiten Facetten 23.
Die Beleuchtungsoptik 4 bildet somit ein doppelt facettiertes System. Dieses grundlegende Prinzip wird auch als Wabenkondensor (Fly's Eye Integrator) bezeichnet. Mit Hilfe des zweiten Facettenspiegels 22 werden die einzelnen ersten Facetten 21 in das Objektfeld 5 abgebildet. Der zweite Facettenspiegel 22 ist der letzte bündelformende oder auch tatsächlich der letzte Spiegel für die Beleuchtungsstrahlung 16 im Strahlengang vor dem Objektfeld 5.
Das Projektionssystem 10 umfasst eine Mehrzahl von Spiegeln Mi, welche gemäß ihrer Anordnung im Strahlengang der Projektionsbelichtungsanlage 1 durchnummeriert sind.
Bei dem in der 1 dargestellten Beispiel umfasst das Projektionssystem 10 sechs Spiegel M1 bis M6. 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 haben jeweils eine Durchtrittsöffnung für die Beleuchtungsstrahlung 16. Bei dem Projektionssystem 10 handelt es sich um eine doppelt obskurierte Optik. Die Projektionsoptik 10 hat eine bildseitige numerische Apertur, die größer ist als 0,4 oder 0,5 und die auch größer sein kann als 0,6 und die beispielsweise 0,7 oder 0,75 betragen kann.
Die Spiegel Mi können, genauso wie die Spiegel der Beleuchtungsoptik 4, eine hoch reflektierende Beschichtung für die Beleuchtungsstrahlung 16 aufweisen.
2a,b zeigen zwei Beispiele einer optischen Anordnung 25, die einen der Spiegel Mi (i =1, 2, ..., 6) der Projektionsoptik 10 sowie eine Heizeinrichtung 26 und eine Kühleinrichtung 27 umfasst, die zur Vereinfachung der Darstellung in 2a,b in Form von Quadraten dargestellt sind. Alternativ kann die optische Anordnung 25 auch einen anderen Spiegel der Projektionsbelichtungsanlage 1 aufweisen. Der Spiegel Mi weist ein Substrat 28 aus einem Material mit einem geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf, bei dem es sich im gezeigten Beispiel um ULE® handelt. Das Substrat 28 besteht im gezeigten Beispiel aus zwei Teilkörpern 28a,b, die an einer Grenzfläche 29 miteinander verbunden sind. Die Verbindung kann z.B. durch direktes Bonden („direct bonding“) hergestellt werden, d.h. durch direktes Fügen mit thermischen Vor- und Nachbehandlungsschritten sowie Vorbereitungsschritten der Oberflächenreinigung und der Oberflächenaktivierung. Der erste, obere Teilkörper 28a ist plattenförmig und weist eine (obere) Oberfläche 30 (nachfolgend: optische Oberfläche) auf, auf die eine reflektierende Beschichtung 31 aufgebracht ist, welche die EUV-Strahlung 16 (vgl. 1) reflektiert.
Die optische Anordnung 25 dient als Thermalmanipulator zur Beeinflussung der Wellenfront der an dem Spiegel Mi reflektierten EUV-Strahlung 16. Dies wird durch die Heizeinrichtung 26 erreicht, welche das Substrat 28 im gezeigten Beispiel lokal im Bereich der Oberfläche 30 erwärmt, was eine Ausdehnung des Substrats 28 und damit einhergehend eine lokale Deformation der optischen Oberfläche 30 zur Folge hat, welche die Wellenfrontmanipulation bewirkt. Es ist alternativ oder zusätzlich möglich, dass die Heizeinrichtung 26 das Substrat 28 von seiner Rückseite erwärmt.
Die Heizeinrichtung 26 weist im gezeigten Beispiel eine Mehrzahl von Heizstrahlungsquellen 32 auf, die von dem Substrat 28 beabstandet sind und die als IR-Lichtquellen ausgebildet sind. Im gezeigten Beispiel strahlen die Heizstrahlungsquellen 32 IR-Strahlung von oben auf die optische Oberfläche 30 des Spiegels Mi ein. Die Heizeinrichtung 26 weist zusätzlich eine Mehrzahl von Heizelementen 33 auf, die in direktem Kontakt mit einem Kühlfluid 34 stehen, das einen Hohlraum 35 durchströmt, der in dem Substrat 28 gebildet ist. Die Heizelemente 26 wirken somit lokal von unten auf die optische Oberfläche 30 ein, während die IR-Heizstrahlungsquellen 32 lokal von oben auf die Oberfläche 30 einwirken und Wärme in die optische Oberfläche 30 bzw. in das Substrat 28 einbringen. Die kombinierte Einwirkung ist vorteilhaft, wenn zwei unterschiedliche Größen geregelt werden sollen, beispielsweise die Temperatur an der optischen Oberfläche 30 auf die Nulldurchgangs-Temperatur des Materials des Substrats 28 und die Deformation der optischen Oberfläche 30 zur thermischen Manipulation. Es ist alternativ auch möglich, dass die Heizeinrichtung 26 lediglich zur die Heizstrahlungsquellen 32 umfasst oder dass die Heizeinrichtung 26 lediglich die Mehrzahl von in dem Substrat 28 angeordneten Heizelementen 33 umfasst.
Die Kühleinrichtung 27 ist ausgebildet, dem Hohlraum 35 das Kühlfluid 34 zuzuführen und das Kühlfluid 34 wieder aus dem Hohlraum 35 abzuführen. Bei dem Kühlfluid 34 handelt es sich im gezeigten Beispiel um Wasser, das eine hohe Wärmekapazität aufweist und das daher besonders gut geeignet ist, die Wärme, die von der Heizeinrichtung 26 in das Substrat 28 eingebracht wird, abzutransportieren. Durch den schnellen Abtransport der Wärme kann die Reaktionszeit der Deformationsmanipulation der optischen Anordnung 25 erhöht werden. Bei dem in 2a gezeigten Beispiel weist die optische Anordnung 25 eine Steuerungseinrichtung 36 auf, welche die Heizeinrichtung 26 und die Kühleinrichtung 27 ansteuert, um die gewünschte Deformation der optischen Oberfläche 30 zu erzeugen.
Die in 2b dargestellte optische Anordnung 25 unterscheidet sich von der in 2a gezeigten optischen Anordnung dadurch, dass zusätzlich zu der Mehrzahl von Heizelementen 33 eine Mehrzahl von Temperatursensoren 37 in dem Hohlraum 35 angeordnet ist. Die Temperatursensoren 37 sind im gezeigten Beispiel unmittelbar benachbart zu den jeweiligen Heizelementen 33 angeordnet und ermöglichen eine Temperaturmessung, die zur lokalen Regelung der Temperatur des Substrats 28 mit Hilfe einer in 2b gezeigten Regeleinrichtung 38 der optischen Anordnung 25 dient.
Wie in 2b zu erkennen ist, sind die Temperatursensoren 37 direkt auf eine Oberfläche 39 des ersten Teilkörpers 28a des Substrats 28 aufgebracht, die sich an die Grenzfläche 29 anschließt und eine obere Wand des Hohlraums 35 bildet. Die Temperatursensoren 37 sind im gezeigten Beispiel in Form einer strukturierten Beschichtung auf diese Oberfläche 39 des ersten Teilkörpers 28a aufgebracht. Wie in 2b ebenfalls zu erkennen ist, sind die Heizelemente 33 an den Temperatursensoren 37 befestigt und stehen indirekt mit der Oberfläche 39 in Verbindung, während in 2a die Heizelemente 33 direkt auf die Oberfläche 39 aufgebracht sind. Bei der Verbindung kann es sich beispielsweise um eine Klebeverbindung oder um eine anderweitig stoffschlüssig hergestellte Anbindung handeln. Die Heizelemente 33 und auch die Temperatursensoren 37 sind in einer zweidimensionalen Rasteranordnung in der Art eines Schachbretts an der Oberfläche 39 angeordnet. Der zweite Teilkörper 28b weist eine der Anzahl an Heizelementen 33 und Temperatursensoren 37 entsprechende Anzahl von Stegen 40 auf, die in den Hohlraum 35 hineinragen. Die Stirnseiten 41 der Stege 40 sind der Oberfläche 39 des ersten Teilkörpers 28a zugewandt. Zwischen den Stirnseiten 41 der Stege 40 und der Oberfläche 39 befindet sich ein Zwischenraum 42. Die Heizelemente 33 und die Temperatursensoren 37 sind in dem Zwischenraum 42 angeordnet. Die Temperatursensoren 37 stehen seitlich über die jeweiligen Zwischenräume 42 über, dies ist aber nicht zwingend erforderlich. Wie in 2a,b zu erkennen ist, sind die Heizelemente 33 bzw. die Temperatursensoren 37 von der Stirnseite 41 des jeweiligen Stegs 40 beabstandet, d.h. zwischen diesen befindet sich ein Spalt, der von dem Kühlfluid 34 durchströmt wird.
Die Stege 40 dienen zur Strömungsführung des Kühlfluids 34 innerhalb des Hohlraums 35 und sind ebenfalls in einer Rasteranordnung in der Art eines Schachbrettmusters angeordnet, wie dies in 3 zu erkennen ist. Der Hohlraum 35 weist bei dem in 3 gezeigten Beispiel eine quadratische Geometrie auf. An zwei gegenüberliegenden Ecken des Hohlraums 35 sind ein Einlass 43 und eine Auslass 44 für das Kühlfluid 34 angeordnet. Die Strömungsführung durch den Hohlraum 35 muss ggf. geeignet modifiziert werden, um sicherzustellen, dass das Kühlfluid 34 alle Heizelemente 33 umströmt, die innerhalb des Hohlraums 35 angeordnet sind.
Bei dem in 4a,b dargestellten Beispiel weist der Hohlraum 35 eine im Wesentlichen rechteckige Geometrie auf. Die Seitenflächen der Stege 40 sind wie in 3 parallel zu den Seitenkanten des Hohlraums 35 ausgerichtet. Wie in 4b zu erkennen ist, erfolgt die Zuführung des Kühlfluids 34 in den Hohlraum 35 durch einen vertikalen Kanal, der den Einlass 43 bildet. Entsprechend erfolgt die Abführung des Kühlfluids 34 durch einen vertikalen Kanal, der den Auslass 44 bildet.
5a,b zeigen ein Detail eines Substrats 28, bei dem der Hohlraum 35 eine Mehrzahl von Stützstreben 45 aufweist, die an ihrer Oberseite mit dem ersten Teilkörper 28a und an ihrer Unterseite mit dem zweiten Teilkörper 28b verbunden sind. Im gezeigten Beispiel sind die Stützstreben 45 aus demselben Material hergestellt wie die beiden Teilkörper 28a,b des Substrats 28. Bei dem in 5a gezeigten Beispiel sind drei Heizelemente 33a,b,c dargestellt, die jeweils eine der Stützstreben 45 ringförmig umgeben. Bei dem in 5b dargestellten Beispiel sind zwei Heizelemente 33a,b dargestellt, die zwischen zwei benachbarten Stützstreben 45 angeordnet sind.
Es ist ebenfalls möglich, dass die Stützstreben 45 selbst als Heizelemente 33 dienen. In diesem Fall kann es sich bei den Heizelementen 33 um Strahlungs-Absorptionselemente handeln, denen IR-Strahlung z.B. über optische Fasern zugeführt wird. Die Heizelemente 33 dienen in diesem Fall als optische Kavität, d.h. die zugeführte IR-Strahlung wird in den Heizelementen 33 mehrfach reflektiert und deren Energie innerhalb des jeweiligen Steg-Volumens dissipiert. Um die mehrfache Reflexion zu bewirken, kann die als Heizelement dienende Stützstrebe 45 mit einer reflektierenden Beschichtung versehen sein, welche die Stützstrebe 45 mit Ausnahme der Position, an der die Zuführung der IR-Strahlung erfolgt, vollständig überdeckt.
Die Heizelemente 33 können grundsätzlich auf unterschiedliche Weise ausgebildet werden, beispielsweise als Widerstandsheizelemente oder als Wirbelstromheizelemente. Im ersten Fall ist es erforderlich, die Heizelemente 33 mit Hilfe von elektrischen Leitungen elektrisch zu kontaktieren. Im zweiten Fall kann auf die elektrische Kontaktierung verzichtet werden, da mit Hilfe eines elektromagnetischen Wechselfeldes, das z.B. mit Hilfe einer Spulenanordnung erzeugt wird, Wirbelströme in dem Heizelement erzeugt werden, welche eine Erwärmung des Heizelements bewirken. Das Heizelement kann in diesem Fall als metallischer Körper, bevorzugt aus nichtferromagnetischem, elektrisch leitfähigem Material, z.B. aus Aluminium oder Palladium, ausgebildet sein.
Die elektrische Kontaktierung der Heizelemente 33 kann mit Hilfe von Kabeln erfolgen, die in dem Hohlraum angeordnet sind und die eine elektrische Isolierung aufweisen, um einen Kontakt der in den Kabeln geführten elektrischen Leiter mit der Kühlflüssigkeit zu vermeiden. Es ist aber auch möglich, die elektrischen Leitungen für die Kontaktierung der Heizelemente 33 in Form von elektrischen Leiterbahnen 46 auf die Oberfläche 39 des ersten Teilkörpers 28a aufzubringen, wie dies in 5b dargestellt ist. Die elektrischen Leiterbahnen 46 können hierbei in Form einer strukturierten Beschichtung auf die Oberfläche 39 aufgebracht werden. Um die elektrischen Leiterbahnen 46 vor dem Kühlfluid 34 sowie gegeneinander elektrisch zu isolieren, ist bei dem in 5b dargestellten Beispiel eine elektrisch isolierende Beschichtung 47 auf die Oberfläche 39 aufgebracht, welche die elektrischen Leiterbahnen 46 umhüllt. Bei dem Material der elektrisch isolierenden Beschichtung 47 kann es sich beispielsweise um Al₂O₃, um SiO₂ oder um einen geeigneten anderen nichtleitenden Werkstoff handeln.
Für den Fall, dass das Substrat 28 mittels der Heizelemente 33 beheizt wird, ohne die Energie zunächst auf das Kühlfluid 34 zu übertragen, wird die Wärme, die von dem an einem jeweiligen Heizelement 33 vorbeiströmenden Kühlfluid 34 aufgenommen wird, entlang der Strömung des Kühlfluids 34 „verschmiert“. Soll dies vermieden werden, ist es erforderlich, das erwärmte Kühlfluid 34 von Stellen fernzuhalten, die nicht erwärmt werden sollen. Dies kann erreicht werden, indem das erwärmte Kühlfluid 34 lokal zur Rückseite des Spiegels Mi abgeführt wird.
Eine Möglichkeit zur Vermeidung des parasitären Einbringens von Wärme durch die Strömung des Kühlfluids 34 in andere Bereiche des Substrats 28 ist in 6a,b dargestellt. Bei dem in 6a,b dargestellten Beispiel weist das Substrat 28 einen dritten Teilkörper 28c auf, der an einer weiteren Grenzfläche 29a mit der Unterseite des zweiten Teilkörpers 28b verbunden ist. Der zweite Teilkörper 28b ist als vergleichsweise dünne Platte ausgebildet. Das Kühlfluid 34 strömt über zwei Einlässe 43a,b in das Substrat 28 ein und wird mit Hilfe von zwei Verteilern 49a,b jeweils auf eine Mehrzahl von Hohlräumen 35 aufgeteilt, in denen jeweils ein Heizelement 33 und ein Temperatursensor 37 angeordnet sind. Ein jeweiliger Hohlraum 35 ist nach unten hin offen, um das Kühlfluid 34, welches das jeweilige Heizelement 33 umströmt und hierbei Wärme aufgenommen hat, nach unten hin abzuführen. Zwei Sammler 50a,b, von denen in 6b nur einer bildlich dargestellt ist, dienen zum Sammeln des Kühlfluids 34 aus der Mehrzahl von Hohlräumen 35 und zum Abführen des Kühlfluids 34 über einen jeweiligen Auslass 44a,b. Durch die Anordnung der Verteiler 49a,b und der Sammler 50a,b auf zwei Ebenen wird die Strömungsführung des Kühlfluids 34 optimiert. Ein parasitäres Verschmieren der von dem Kühlfluid 34 aufgenommenen Wärme innerhalb des Substrats 28 erfolgt in einem größeren Abstand von der optischen Oberfläche 30 und beeinflusst die Temperatur an der optischen Oberfläche 30 daher weniger stark. Das Kühlfluid 34, das ein jeweiliges Heizelement 33 umströmt hat, kann auch auf andere Weise möglichst schnell von der optischen Oberfläche 30 in Richtung zur der Rückseite des Substrat 28 abgeführt werden. Beispielsweise kann der dritte Teilkörper 29c durch eine Abwasserleitung oder dergleichen ersetzt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2012013747 A1 [0003, 0005, 0015]
DE 102019217530 A1 [0006]

Claims

Optische Anordnung (25), umfassend: ein optisches Element (Mi) zur Reflexion von Strahlung, insbesondere zur Reflexion von EUV-Strahlung (16), das ein Substrat (28) und eine reflektierende Beschichtung (31) aufweist, die auf eine Oberfläche (30) des Substrats (28) aufgebracht ist, eine Heizeinrichtung (26) zur lokalen Heizung des Substrats (28), gekennzeichnet durch mindestens einen Hohlraum (35), der in dem Substrat (28) unterhalb der Oberfläche (30) verläuft, auf welche die reflektierende Beschichtung (31) aufgebracht ist, sowie eine Kühleinrichtung (27) zum Durchströmen des mindestens einen Hohlraums (35) mit einem Kühlfluid (34).
Optische Anordnung nach Anspruch 1, bei dem die Heizeinrichtung (26) zur lokalen Heizung des Substrats (28) eine Mehrzahl von Heizstrahlungsquellen (32) aufweist, die von dem Substrat (28) beabstandet sind und die bevorzugt als IR-Lichtquellen ausgebildet sind.
Optische Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Heizeinrichtung (26) eine Mehrzahl von innerhalb des Substrats (28) angeordneten Heizelementen (33, 33a-c) aufweist, die in direktem oder in indirektem thermischem Kontakt mit dem Kühlfluid (34) stehen, welches den mindestens einen Hohlraum (35) durchströmt.
Optische Anordnung nach Anspruch 3, bei welcher die Heizelemente (33) als Widerstandsheizelemente, als Wirbelstromheizelemente oder als Strahlungs-Absorptionselemente ausgebildet sind.
Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend: eine Mehrzahl von innerhalb des Substrats (28) angeordneten Temperatursensoren (37), wobei die Temperatursensoren (37) in direktem oder indirekten thermischem Kontakt mit dem den Hohlraum (35) durchströmenden Kühlfluid (34) stehen.
Optische Anordnung nach Anspruch 5, weiter umfassend: eine Regeleinrichtung (38) zur Regelung einer lokalen Temperatur des Substrats (28) durch Einwirken auf mindestens eine der Heizstrahlungsquellen (32) und/oder auf mindestens eines der Heizelemente (33, 33a-c).
Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Substrat (28) einen ersten Teilkörper (28a) und einen zweiten Teilkörper (28b) aufweist, die an einer Grenzfläche (29) zusammengesetzt sind, wobei die reflektierende Beschichtung (31) auf eine dem mindestens einen Hohlraum (35) abgewandte Oberfläche (30) des ersten Teilkörpers (28a) aufgebracht ist und der mindestens eine Hohlraum (35) im Bereich der Grenzfläche (29) verläuft.
Optische Anordnung nach Anspruch 7, bei welcher die Heizelemente (33, 33a-c) und/oder die Temperatursensoren (37) an einer Oberfläche (39) des ersten Teilkörpers (28a) angebracht und bevorzugt in einer Rasteranordnung angeordnet sind.
Optische Anordnung nach Anspruch 8, bei welcher der Hohlraum (35) eine Mehrzahl von an dem zweiten Teilkörper (28b) gebildeten Stegen (40) aufweist, deren Stirnseiten (41) der Oberfläche (39) des ersten Teilkörpers (28a) zugewandt sind, wobei die Heizelemente (33, 33a-c) und/oder die Temperatursensoren (37) in einem Zwischenraum (42) zwischen der Stirnseite (41) eines jeweiligen Stegs (40) und der Oberfläche (39) des ersten Teilkörpers (28a) angebracht und bevorzugt von der Stirnseite (41) eines jeweiligen Steges (40) beabstandet sind.
Optische Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, bei welcher in dem Hohlraum (35) eine Mehrzahl von Stützstreben (45) angebracht ist, wobei die Heizelemente (33a-c) und/oder die Temperatursensoren (37) zwischen den Stützstreben (45) angeordnet sind, die Stützstreben (45) ringförmig umgeben und/oder wobei die Stützstreben (45) als Strahlungs-Absorptionselemente ausgebildet sind.
Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, bei der das Substrat (28) einen dritten Teilkörper (28c) aufweist, der an einer weiteren Grenzfläche (29a) mit dem zweiten Teilkörper (28b) zusammengesetzt ist, wobei das Substrat (28) mindestens einen Verteiler (49a,b) zur Zuführung des Kühlfluids (34) zu dem mindestens einen Hohlraum (35) im Bereich der Grenzfläche (29) zwischen dem ersten Teilkörper (28a) und dem zweiten Teilkörper (28b) sowie mindestens einen Sammler (50a,b) zum Abführen des Kühlfluids (34) von dem mindestens einen Hohlraum (35) im Bereich der weiteren Grenzfläche (29a) zwischen dem zweiten Teilkörper (28b) und dem dritten Teilkörper (28c) aufweist.
Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 11, bei welcher an mindestens einer Oberfläche (39) des Hohlraums (35) elektrische Leiterbahnen (46) zur elektrischen Kontaktierung der Heizelemente (33a,b) und/oder der Temperatursensoren (37) angebracht sind.
Optische Anordnung nach Anspruch 12, bei welcher die elektrischen Leiterbahnen (46) durch eine elektrisch isolierende Beschichtung (47) von dem Kühlfluid (34) elektrisch isoliert sind.
EUV-Lithographiesystem (1), umfassend: mindestens eine optische Anordnung (25) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.