DE102011086665A1

DE102011086665A1 - Projektionsobjektiv einer mikrolithographischen Projektonsbelichtungsanlage

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Publication number: DE102011086665A1
Application number: DE102011086665A
Authority: DE
Inventors: Sonja Schneider; Norbert Wabra; Martin von Hodenberg; Boris Bittner; Ricarda Schneider
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2011-11-18
Filing date: 2011-11-18
Publication date: 2013-05-23
Also published as: WO2013072388A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Projektionsobjektiv einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, zur Abbildung einer im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage beleuchteten Objektebene in eine Bildebene, wobei das Projektionsobjektiv wenigstens eine Spiegelsegmentanordnung (100, 200, 400) aus einer Mehrzahl von separaten Spiegelsegmenten (111, 112, 113, 211, 311, 411, 412, 413, ...) aufweist, und wobei die in dieser Spiegelsegmentanordnung maximal auftretende optisch nutzbare Fläche eines einzelnen Spiegelsegmentes (111, 112, 113, 211, 311, 411, 412, 413, ...) höchstens 10% der im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage auftretenden maximalen Subapertur auf der Spiegelsegmentanordnung (100, 200, 400) beträgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Projektionsobjektiv einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.
Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise oder LCD’s, angewendet. Der Mikrolithographieprozess wird in einer sogenannten Projektionsbelichtungsanlage durchgeführt, welche eine Beleuchtungseinrichtung und ein Projektionsobjektiv aufweist. Das Bild einer mittels der Beleuchtungseinrichtung beleuchteten Maske (= Retikel) wird hierbei mittels des Projektionsobjektivs auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes und in der Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnetes Substrat (z.B. ein Siliziumwafer) projiziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen.
In für den EUV-Bereich ausgelegten Projektionsobjektiven, d. h. bei Wellenlängen von z.B. etwa 13 nm oder etwa 7 nm, werden mangels Verfügbarkeit geeigneter lichtdurchlässiger refraktiver Materialien Spiegel als optische Komponenten für den Abbildungsprozess verwendet.
Sowohl in für den EUV-Bereich ausgelegten Projektionsobjektiven, d. h. bei Wellenlängen von z.B. etwa 13 nm oder etwa 7 nm, als auch in für den VUV- oder DUV-Bereich (z.B. bei Wellenlängen von 248 nm, 193 nm oder 157 nm) ausgelegten katadioptrischen Projektionsobjektiven besteht ein in der Praxis auftretendes Problem darin, dass die Spiegel insbesondere infolge Absorption der von der Lichtquelle emittierten Strahlung eine Erwärmung und eine damit einhergehende thermische Ausdehnung bzw. Deformation erfahren, welche wiederum eine Beeinträchtigung der Abbildungseigenschaften des optischen Systems zur Folge haben kann. Typischerweise wird insbesondere bei EUV-Spiegeln als Spiegelsubstratmaterial zur Vermeidung der Einleitung mechanischer Spannungen ein Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit verwendet, was jedoch dann im Bereich der optisch wirksamen bzw. reflektierenden Oberfläche zu ausgeprägten Temperaturgradienten führt.
Ein weiteres in der Praxis auftretendes Problem besteht in der mit zunehmender Erhöhung der bildseitigen numerischen Apertur (NA) einhergehenden Vergrößerung der Spiegelflächen. Zum einen wird es mit wachsenden Abmessungen der Spiegel zunehmend schwierig, insbesondere langwellige Oberflächenfehler auf Werte unterhalb der geforderten Grenzwerte zu senken, wobei die größeren Spiegelflächen u. a. stärkere Asphären erfordern. Des Weiteren werden mit wachsenden Abmessungen der Spiegel größere Bearbeitungsmaschinen zur Fertigung benötigt, und es werden strengere Anforderungen an die verwendeten Bearbeitungswerkzeuge (wie z.B. Schleif-, Läpp-, und Poliermaschinen, Interferometer, Reinigungs- und Beschichtungsanlagen) gestellt. Ferner müssen zur Fertigung größerer Spiegel schwerere Spiegelgrundkörper verwendet werden, welche ab einer gewissen Grenze kaum noch montierbar sind oder sich gravitationsbedingt über ein akzeptables Maß durchbiegen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Projektionsobjektiv einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage bereitzustellen, welches eine Realisierung höherer numerischer Aperturen bzw. größerer Spiegelflächen unter zumindest weitgehender Vermeidung der vorstehend beschriebenen Probleme ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst.
Demnach betrifft die Erfindung eine Projektionsbelichtungsanlage, zur Abbildung einer im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage beleuchteten Objektebene in eine Bildebene,

– wobei das Projektionsobjektiv wenigstens eine Spiegelsegmentanordnung aus einer Mehrzahl von separaten Spiegelsegmenten aufweist; und
– wobei die in dieser Spiegelsegmentanordnung maximal auftretende optisch nutzbare Fläche eines einzelnen Spiegelsegmentes höchstens 10% der im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage auftretenden maximalen Subapertur auf der Spiegelsegmentanordnung beträgt.

Die Erfindung geht zunächst von dem Konzept aus, wenigstens einen Spiegel im Abbildungsstrahlengang eines Projektionsobjektivs segmentweise auszuführen, d. h. einen monolithischen Spiegel durch eine Spiegelsegmentanordnung aus separaten Spiegelsegmenten zu ersetzen, wobei diese Segmentierung darüberhinaus insofern mit einer feinen Pixellierung (d. h. Unterteilung in eine relativ hohe Anzahl von Spiegelsegmenten) durchgeführt wird, als die in der Spiegelsegmentanordnung maximal auftretende optisch nutzbare Fläche eines einzelnen Spiegelsegmentes höchstens 10% der im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage auftretenden maximalen Subapertur auf der Spiegelsegmentanordnung beträgt. Hierdurch wird unter anderem erreicht, dass der innerhalb eines einzelnen Spiegelsegmentes auftretende Temperaturverlauf vergleichsweise gering ist mit der Folge, dass im Wesentlichen eine gleichmäßige Erwärmung des einzelnen (im Weiteren auch als „Pixel“ bezeichneten) Spiegelsegmentes auftritt und unerwünschte Deformationen reduziert werden oder vollständig ausbleiben.
Die einzelnen Spiegelsegmente bzw. Pixel können insbesondere voneinander thermisch entkoppelt sein, so dass sich auf jedem einzelnen Spiegelsegment bereits nach relativ kurzer Zeit (z.B. auf einer Zeitskala von einigen Sekunden) eine konstante Temperatur auf dem einzelnen Spiegelsegment und damit ein thermischer Gleichgewichtszustand einstellt.
Des Weiteren hat die o. g. erfindungsgemäße feine Pixellierung den Vorteil, dass – wie im Weiteren noch detaillierter ausgeführt – eine Aktuierung einzelner Spiegelsegmente bzw. Pixel mit vergleichsweise größerer Auflösung erfolgen kann, wobei diese Aktuierung, wie ebenfalls noch näher erläutert, sowohl eine thermische Aktuierung (im Sinne des selektiven Beheizens einzelner Spiegelsegmente bzw. Pixel) als auch eine Positionsaktuierung (im Sinne der gezielten Positionsmanipulation einzelner Spiegelsegmente bzw. Pixel) sein kann. Infolge dieser größeren Auflösung kann mittels einer solchen Aktuierung wiederum eine bessere Korrektur der einzelnen Spiegelsegmente hinsichtlich ihres thermischen Zustandes und/oder ihrer Position erzielt werden, wobei diese Korrektur für eine Vielzahl von Spiegelsegmenten bzw. Pixel unabhängig voneinander sowie mit vergleichsweise hoher Ortsauflösung erfolgen kann.
Die erfindungsgemäße, vergleichsweise feine Pixellierung hat auch insofern wesentliche fertigungstechnische Vorteile, als der maximale zu bearbeitende Durchmesser bei der erfindungsgemäßen Spiegelsegmentanordnung wesentlich geringer als der maximale Durchmesser eines unsegmentierten Spiegels oder eines Spiegels mit Spiegelsegmenten von größeren Abmessungen bzw. groberer Pixellierung sein kann.
Gemäß einer Ausführungsform beträgt die in der Spiegelsegmentanordnung maximal auftretende optisch nutzbare Fläche eines einzelnen Spiegelsegmentes höchstens 5%, insbesondere höchstens 3%, weiter insbesondere höchstens 1%, der im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage auftretenden maximalen Subapertur auf der Spiegelsegmentanordnung.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Spiegelsegmentanordnung wenigstens 10 Spiegelsegmente, insbesondere wenigstens 50 Spiegelsegmente, weiter insbesondere wenigstens 100 Spiegelsegmente, auf.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Projektionsobjektiv wenigstens eine Heizvorrichtung, insbesondere eine Mehrzahl von Heizvorrichtungen, auf. Dabei können wenigstens zwei Heizvorrichtungen unterschiedlichen Spiegelsegmenten der Spiegelsegmentanordnung zugeordnet sein. Ferner können auch zwei oder mehr Heizvorrichtungen demselben Spiegelsegment zugeordnet sein, wobei auch wenigstens zwei Heizvorrichtungen unterschiedlichen Bereichen desselben Spiegelsegmentes zugeordnet sein können.
In weiteren Ausführungsformen kann auch jedem der Spiegelsegmente der Spiegelsegmentanordnung jeweils eine separate Heizvorrichtung zugeordnet sein.
Die Heizvorrichtung(en) kann bzw. können insbesondere Heizstrahler sein, über welche eines oder mehrere Spiegelsegmente der Spiegelsegmentanordnung teilweise oder vollständig mit elektromagnetischer Strahlung bestrahlbar ist bzw. sind. Des Weiteren können diese Heizstrahler jeweils auf der der optisch wirksamen Fläche des jeweiligen Spiegelsegmentes entgegengesetzten Seite angeordnet sein.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Projektionsobjektiv wenigstens einen Temperatursensor, insbesondere eine Mehrzahl von Temperatursensoren, auf, wobei diese Temperatursensoren unterschiedlichen Spiegelsegmenten der Spiegelsegmentanordnung zugeordnet sind.
In Ausführungsformen der Erfindung sind wenigstens zwei, insbesondere sämtliche, Spiegelsegmente voneinander thermisch entkoppelt. Eine solche Ausgestaltung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die einzelnen Spiegelsegmente wie im Weiteren beschrieben voneinander unabhängig beheizt bzw. thermisch aktuiert werden.
In weiteren Ausführungsformen weist das Projektionsobjektiv wenigstens eine Spiegelsegmentgruppe auf, welche aus wenigstens zwei miteinander über einen Wärmeleiter thermisch gekoppelten Spiegelsegmenten besteht. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass bereits in kurzer Zeit (z.B. über eine Zeitskala von wenigen Sekunden) ein thermisches Gleichgewicht zwischen den Spiegelsegmenten erreicht werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Projektionsobjektiv eine Mehrzahl von Positionsaktuatoren auf, wobei diese Positionsaktuatoren unterschiedlichen Spiegelsegmenten der Spiegelsegmentanordnung zugeordnet sind.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Projektionsobjektiv wenigstens eine Steuerungseinheit auf, über welche die Position und/oder die Beheizung einzelner Spiegelsegmente in Abhängigkeit von der mittels des jeweils zugeordneten Temperatursensors gemessenen Temperatur steuerbar ist.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Spiegelsegmente der Spiegelsegmentanordnung unabhängig voneinander verstellbar.
Gemäß einer Ausführungsform bilden die Spiegelsegmente der Spiegelsegmentanordnung miteinander eine, lediglich durch gegebenenfalls vorhandene Übergangsbereiche zwischen benachbarten Spiegelsegmenten unterbrochene, zusammenhängende reflektierende Fläche aus.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Spiegelsegmentanordnung in einer Pupillenebene des Projektionsobjektivs angeordnet.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Spiegelsegmentanordnung eine (z.B. bezogen auf die Mitte der optisch wirksamen Gesamtfläche) punktsymmetrische Segmentierung auf.
In Ausführungsformen der Erfindung ist das Projektionsobjektiv zum Betrieb bei einer Wellenlänge kleiner als 370 nm, insbesondere kleiner als 250 nm, weiter insbesondere kleiner als 200 nm, und weiter insbesondere kleiner als 160 nm, ausgelegt.
Insbesondere kann es sich bei dem Projektionsobjektiv um ein katadioptrisches Projektionsobjektiv mit zwei refraktiven Teilsystemen und einem katadioptrischen Teilsystem handeln.
In weiteren Anwendungen kann das Projektionsobjektiv auch für den Betrieb im EUV, d. h. bei einer Wellenlänge kleiner als 15 nm ausgelegt sein.
Die Erfindung betrifft ferner eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Projektionsobjektivs einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigen:
1–4 schematische Darstellungen zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Konzepts anhand mehrerer Ausführungsformen;
5–7 schematische Darstellungen zur Erläuterung der Anwendung der Erfindung auf ein für den Betrieb im VUV ausgelegten Projektionsobjektivs;
8 schematische Darstellungen zur Erläuterung der Anwendung der Erfindung auf ein für den Betrieb im EUV ausgelegten Projektionsobjektiv.
Gemäß 1 sind auf einem Spiegelgrundkörper 105 einzelne Spiegelsegmente 111, 112, 113, ... angeordnet, welche z.B. aus Quarzglas (SiO₂), Kalziumfluorid (CaF₂), ULE^® oder Zerodur^® hergestellt sein können und ihrerseits auf der dem Spiegelgrundkörper 105 abgewandten Seite zur Ausbildung der optischen Wirkfläche eine hochreflektierende Beschichtung aufweisen. Der Spiegelgrundkörper 105 ist im Ausführungsbeispiel aus einem schlecht wärmeleitenden Material hergestellt.
Die Verbindung der Spiegelsegmente 111, 112, 113, ... erfolgt gemäß 1 über einen Wärmeleiter 120 (z.B. aus Kupfer, Aluminium oder Silizium;), welcher dazu dient, die von den Spiegelsegmenten 111, 112, 113, ... aufgenommene Wärme möglichst schnell über die gesamte Spiegelsegmentanordnung 100 (d. h. auf sämtliche Spiegelsegmente 111, 112, 113, ...) zu verteilen, so dass sich in kurzer Zeit (z.B. über eine Zeitskala von wenigen Sekunden) ein thermisches Gleichgewicht zwischen den Spiegelsegmenten 111, 112, 113, ... einstellt. Der Wärmeleiter 120 kann eine optionale, in 1 nicht dargestellte Versiegelungsschicht auf der Oberseite, d. h. der dem Spiegelgrundkörper 105 abgewandten Seite, aufweisen.
Wenngleich in 1 der Einfachheit halber nur drei Spiegelsegmente 111, 112, 113 dargestellt sind, umfasst die erfindungsgemäße Spiegelsegmentanordnung 100 typischerweise eine wesentlich größere Anzahl von Spiegelsegmenten, wobei deren Anzahl (ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt wäre) insbesondere wenigstens 50 Spiegelsegmente oder auch wenigstens 100 (gegebenenfalls auch mehrere 100) Spiegelsegmente betragen kann.
In einer alternativen Ausführungsform ist es auch möglich, die Spiegelsegmente 111, 112, 113, ... in Abwandlung des Aufbaus von 1 voneinander thermisch zu entkoppeln, indem anstelle des Wärmeleiters 120 ein Träger aus schlecht wärmeleitendem Material vorgesehen wird oder indem jedes Spiegelsegment für sich mit dem (weiterhin schlecht wärmeleitenden) Spiegelgrundkörper 105 gekoppelt ist. Solche Ausgestaltungen können insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn die einzelnen Spiegelsegmente 111, 112, 113, ... wie im Weiteren beschrieben voneinander unabhängig beheizt bzw. thermisch aktuiert werden sollen.
Gemäß 2 ist ein Ausschnitt aus einer Spiegelsegmentanordnung 200 zur Erläuterung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Dabei ist der Einfachheit halber lediglich ein Spiegelsegment 211 der Spiegelsegmentanordnung 200 gezeigt, wobei diesem Spiegelsegment 211 eine (über eine Zuleitung 211a angeschlossene) Heizvorrichtung 231 sowie ein Temperatursensor 241 zugeordnet sind. Über die Heizvorrichtung 231 ist in dem Ausführungsbeispiel der zur Verbindung der Spiegelsegmente 211, ... mit dem Spiegelgrundkörper 205 dienende Träger 220 beheizbar, um auf diese Weise die einzelnen Spiegelsegmente 211, ... selektiv zu beheizen. In weiteren Ausführungsformen kann auch auf der zur optischen Wirkfläche jeweils abgewandten Seite bzw. der Unterseite der Spiegelsegmente 211, ... eine Art Heizgitter vorgesehen sein, über welches jedes einzelne Spiegelsegment 211, ... selektiv beheizbar ist, wobei dann auch ein durchgehender, sämtlichen Spiegelsegmenten 211, ... zugeordneter Träger wie in 1 gezeigt, jedoch aus schlecht wärmeleitendem Material, vorhanden sein kann. Geeignete Materialien sind z.B. Titan (Ti)-dotiertes Quarzglas (TiO₂-SiO₂), z.B. wie in DE 10 2009 043 680 A1 beschrieben, sowie ULE^® und Zerodur^®. Die Temperatur jedes Spiegelsegmentes 211, ... ist über den dem jeweiligen Spiegelsegment 211, ... zugeordneten Temperatursensor 241, ... messbar. In weiteren Ausführungsformen kann auch eine außerhalb des Projektionsstrahlenganges befindliche IR-Kamera verwendet werden, über welche die Temperatur (oder auch die relative Temperaturänderung) von einem oder mehreren Spiegelsegmenten 211, ... ermittelt werden kann.
Wie im Weiteren unter Bezugnahme auf 3 und 4 erläutert kann alternativ oder zusätzlich zu der vorstehend beschriebenen thermischen Aktuierung auch eine Positionsaktuierung der einzelnen Spiegelsegmente einer Spiegelsegmentanordnung 300 bzw. 400 über Starrkörperbewegungen bzw. als Positionsverlagerung in wenigstens einem von sechs Freiheitsgraden (d. h. hinsichtlich Verschiebungen in den drei Raumrichtungen x, y und z sowie hinsichtlich Rotationen R_x, R_y und R_z um die entsprechenden Achsen) erfolgen.
3 zeigt hierzu einen zu 2 im Wesentlichen analogen Ausbau, wobei anstelle der Heizvorrichtung 231 hier ein Positionsaktuator 351 vorgesehen ist. In Weiteren Ausführungsformen kann auch jedem der Spiegelsegmente 311, ... sowohl eine Heizvorrichtung als auch ein Positionsaktuator zugeordnet sein. Ebenfalls in 3 eingezeichnet ist eine (im Aufbau von 2 analog einsetzbare) Steuerungsvorrichtung 361, über welche die Position und/oder die Beheizung einzelner Spiegelsegmente 311, ... in Abhängigkeit von der mittels des jeweils zugeordneten Temperatursensors 341 gemessenen Temperatur steuerbar ist.
Infolge der erfindungsgemäßen, vergleichsweise feinen Pixellierung der Spiegelsegmentanordnung 300, 400 handelt es sich bei der mittels des Positionsaktuators 351 von 3 bewirkten Starrkörperbewegung im Wesentlichen nur noch um eine translatorische Verschiebung in z-Richtung zum Ausgleich von Wellenfrontfehlern (z.B. hervorgerufen durch Spiegelerwärmung, oder auch durch Dejustage infolge Fehlbearbeitung der Spiegelsegmente etc.), wohingegen eine Verschiebung der einzelnen Spiegelsegmente 311, ... innerhalb der x-y-Ebene ebenso wie ein Verkippen der Spiegelsegmente 311, ... in der Regel entbehrlich ist.
5 zeigt zur Erläuterung eines konkreten Anwendungsbeispiels ein Projektionsobiektiv 500 im der Regel Meridionalschnitt, welche in WO 2004/019128 A2 (siehe dort 19 und Tabelle 9, 10) offenbart ist. Das Projektionsobjektiv 500 umfasst ein erstes refraktives Teilsystem 510, ein zweites katadioptrisches Teilsystem 530 und ein drittes refraktives Teilsystem 540 und wird daher auch als „RCR-System“ bezeichnet. Dabei ist unter einem „Teilsystem“ stets eine solche Anordnung optischer Elemente zu verstehen, durch die ein reales Objekt in ein reales Bild oder Zwischenbild abgebildet wird. Mit anderen Worten umfasst jedes Teilsystem, ausgehend von einer bestimmten Objekt- oder Zwischenbildebene, stets sämtliche optischen Elemente bis zum nächsten realen Bild oder Zwischenbild.
Das erste refraktive Teilsystem 510 umfasst refraktive Linsen 511 bis 520, nach denen im Strahlengang ein erstes Zwischenbild IMI1 erzeugt wird. Das zweite Teilsystem 530 umfasst einen Doppelfaltspiegel mit zwei in einem Winkel zueinander angeordneten Spiegelflächen 531 und 532, wobei von dem ersten Teilsystem 510 eintreffendes Licht zunächst an der Spiegelfläche 531 in Richtung zu Linsen 533 und 534 und einem nachfolgenden Konkavspiegel 535 reflektiert wird. Der Konkavspiegel 535 ermöglicht in für sich bekannter Weise eine effektive Kompensation der durch die Teilsysteme 510 und 540 erzeugten Bildfeldkrümmung. Das an dem Konkavspiegel 535 reflektierte Licht wird nach erneuter Durchquerung der Linsen 534 und 533 an der zweiten Spiegelfläche 532 des Doppelfaltspiegels reflektiert, so dass die optische Achse OA im Ergebnis zweimal um 90° gefaltet wird. Das zweite Teilsystem 530 erzeugt ein zweites Zwischenbild IMI2, und das von diesem ausgehende Licht trifft auf das dritte, refraktive Teilsystem 540, welches refraktive Linsen 541 bis 555 umfasst. Durch das dritte, refraktive Teilsystem 540 wird das zweite Zwischenbild IMI2 auf die Bildebene IP abgebildet.
Der im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere anvisierte Einfluss der im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage stattfindenden Erwärmung der optischen Komponenten, etwa im Hinblick auf Wellenfrontfehler, ist im Beispiel von 5 typischerweise besonders ausgeprägt für den in (einer Pupillenebene des Projektionsobjektivs angeordneten) Konkavspiegel 535, und zwar vor allem dann, wenn im Lithographieprozess ein Beleuchtungssetting (z.B. ein Dipol- oder Quadrupolsetting) mit ausgeprägten, vergleichsweise scharf abgegrenzten und relativ kleinen Beleuchtungspolen verwendet wird, da sich dann vergleichsweise große Temperaturgradienten im Bereich der Pupillenebene ausbilden. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Platzierung der Spiegelsegmentanordnung in einer Pupillenebene beschränkt, zumal auch für anderenorts im Projektionsobjektiv befindliche Spiegel die durch thermische Effekte induzierten Wellenfrontfehler signifikant (und typischerweise etwa um den Faktor 4 größer als bei Linsen) sein können.
Der in einer Pupillenebene des Projektionsobjektivs 500 angeordnete Konkavspiegel 535 kann nun erfindungsgemäß als Spiegelsegmentanordnung aus einer Mehrzahl von separaten Spiegelsegmenten ausgestaltet werden, wobei diese Unterteilung bzw. Pixellierung insofern vergleichsweise fein erfolgt, als wie bereits beschrieben die in dieser Spiegelsegmentanordnung maximal auftretende optisch nutzbare Fläche eines einzelnen Spiegelsegmentes höchstens 10% der im Betrieb der das Projektionsobjektiv 500 aufweisenden Projektionsbelichtungsanlage auftretenden maximalen Subapertur auf der Spiegelsegmentanordnung beträgt. Des Weiteren kann den einzelnen Spiegelsegmenten der den Konkavspiegel 535 bildenden Spiegelsegmentanordnung, wie in 4 schematisch dargestellt, zum einen jeweils ein Temperatursensor 441, ... zur Messung der Temperatur des jeweiligen Spiegelsegments und zum anderen eine Heizvorrichtung und/oder ein Positionsaktuator 431, ... zugeordnet sein.
Gemäß 4 wird z.B. an den Spiegelsegmenten 411, 412, 413 die Temperatur mittels des Temperatursensors 441 gemessen, woraufhin die Steuereinheit 461 einen Stellbefehl (z.B. Starrkörperbewegung oder Temperaturänderung) berechnet, der durch den Aktor 431 umgesetzt wird.
In Ausführungsformen können, wie in 6 für einen Ausschnitt aus dem Projektionsobjektiv 500 aus 5 schematisch dargestellt, die einzelnen Spiegelsegmente der erfindungsgemäßen Spiegelsegmentanordnung auch unabhängig voneinander verstellbar bzw. verkippbar ausgestaltet sein. Infolgedessen kann zum einen eine Justage des von jedem einzelnen Spiegelsegment reflektierten Lichtspots vorgenommen sowie zum anderen auch insofern eine gewünschte Apodisation eingestellt werden, als einzelne Spiegelsegmente gezielt derart verkippt werden, dass der an dem betreffenden Spiegelsegment reflektierte Lichtstrahl aus dem Projektionsstrahlengang herausgeführt und z.B., wie in 6 angedeutet, in einer Strahlfängervorrichtung 670 (z.B. in Form eines mattierten Riffelblechs) absorbiert wird, um unerwünschte Erwärmungen und/oder Streulicht innerhalb des Projektionsobjektivs vorzubeugen. Unter Apodisation wird die Transmissionsverteilung in einer Pupillenebene des Projektionsobjektivs verstanden.
Die einzelnen Spiegelsegmente können insbesondere während des Lithographieprozesses nach jedem Belichtungsvorgang individuell aktuiert werden. Unter Aktuierung ist hierbei beispielsweise eine Starrkörperbewegung des Spiegelsegments in einem oder mehreren Freiheitsgraden oder eine Temperaturänderung des Spiegelsegments zu verstehen. In 7 ist hierzu ein beispielhafter zeitlicher Verlauf einer gepulsten VUV-Lichtquelle (z.B. ein F₂-Laser mit einer Wellenlänge von ca. 157 nm, ein ArF-Excimer-Laser mit einer Wellenlänge von ca. 193 nm oder ein KrF-Excimer-Laser mit einer Wellenlänge von ca. 248 nm) dargestellt, wobei die Pulsdauer eines einzelnen Laserpulses z.B. τ = 150 ns betragen kann. Bei einer Schaltfrequenz von z.B. 6 kHz entsprechend einer Periodendauer von dT = 1/(6000 s) = 0.2 ms entspricht dies pro Schaltperiode einer Anzahl von dT/τ = 10³ Laserpulsen. In weiteren Ausführungsbeispielen kann auch die Apodisation für aufeinanderfolgend belichtete Wafer (z.B. alle 30 s) unterschiedlich eingestellt werden, wobei etwa in den hierbei zur Verfügung stehenden Dunkelzeiten (von typischerweise 0.3 s) ausreichend Zeit zur Einstellung bzw. Optimierung der Aktoren, vorzugsweise der Kippwinkel, der einzelnen Spiegelsegmente verbleibt.
Wie bereits erwähnt umfasst eine erfindungsgemäße Spiegelsegmentanordnung typischerweise eine recht hohe Anzahl von Spiegelsegmenten, wobei deren Anzahl (ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt wäre) z.B. wenigstens einhundert (gegebenenfalls auch mehrere hundert) betragen kann. Die Anzahl der Spiegelsegmente kann insbesondere in Abhängigkeit von dem jeweils verwendeten Beleuchtungssetting und/oder der einzustellenden Apodisation gewählt werden. Beispielsweise ist es zur Kompensation einer Aberration entsprechend dem Zernike-Polynom Z25(r) = 70·r⁸ – 140·r⁶ + 90·r⁴ – 20·r² + 1 zweckmäßig, die Spiegelsegmentanordnung einen in der Pupillenebene angeordneten Spiegel (z.B. den Konkavspiegel 535 aus 5) in ca. 100 Spiegelsegmente zu unterteilen, da das betreffende Polynom achten Grades maximal acht voneinander verschiedene Nullstellen besitzen kann. Dabei wird zur Definition der Zernike-Polynome z.B. auf DE 10 2004 035 595 A1 oder „Handbook of Optical Systems", Herbert Gross (Ed.) Vol. 1: Fundamentals of Technical Optics, 1. Edition (2005), Wiley-VCH, Tabelle 11-1, verwiesen.
8 zeigt als weiteres Anwendungsbeispiel den Strahlengang eines Projektionsobjektivs 800, welches in US 2008/0170310 A1 (siehe dort 2) offenbart ist. Das Projektionsobjektiv 800 ist für den Betrieb im EUV ausgelegt und weist sechs Spiegel M1 bis M6 auf. Dabei können z.B. die jeweils in einer Pupillenebene PP1, PP2 des Projektionsobjektivs 800 angeordnete Spiegel M3 und/oder M5 und/oder auch der den relativ größten Durchmesser aufweisende, bezogen auf den Strahlengang letzte Spiegel M6 erfindungsgemäß als Spiegelsegmentanordnung aus einer Mehrzahl von separaten Spiegelsegmenten ausgestaltet werden, wobei diese Unterteilung bzw. Pixellierung wiederum insofern vergleichsweise fein erfolgt, als wie bereits beschrieben die in dieser Spiegelsegmentanordnung maximal auftretende optisch nutzbare Fläche eines einzelnen Spiegelsegmentes höchstens 10% der im Betrieb der das Projektionsobjektiv 500 aufweisenden Projektionsbelichtungsanlage auftretenden maximalen Subapertur auf der Spiegelsegmentanordnung beträgt.
Das Projektionsobjektiv 800 gemäß 8 weist in einer der Pupillenebenen PP1, PP2 eine zentriert angeordnete Obskurationsblende (auch als zentrale Pupillenobskuration bezeichnet) auf, welche die den zentralen Durchgangsöffnungen in den Spiegeln M6, M5 zugeordneten Teilstrahlen des Projektionsstrahlengangs obskuriert. Selbstverständlich ist die Erfindung in weiteren Anwendungen auch in einem EUV-Projektionsobjektiv ohne Pupillenobskuration, wie es z.B. in US 7 977 651 B2 in 84 offenbart ist, realisierbar.
Wenn die Erfindung auch anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben wurde, erschließen sich für den Fachmann zahlreiche Variationen und alternative Ausführungsformen, z.B. durch Kombination und/oder Austausch von Merkmalen einzelner Ausführungsformen. Dementsprechend versteht es sich für den Fachmann, dass derartige Variationen und alternative Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung mit umfasst sind, und die Reichweite der Erfindung nur im Sinne der beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalente beschränkt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009043680 A1 [0041]
WO 2004/019128 A2 [0045]
DE 102004035595 A1 [0052]
US 2008/0170310 A1 [0053]
US 7977651 B2 [0054]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

„Handbook of Optical Systems“, Herbert Gross (Ed.) Vol. 1: Fundamentals of Technical Optics, 1. Edition (2005), Wiley-VCH, Tabelle 11-1 [0052]

Claims

Projektionsobjektiv einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, zur Abbildung einer im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage beleuchteten Objektebene in eine Bildebene, • wobei das Projektionsobjektiv wenigstens eine Spiegelsegmentanordnung (100, 200, 400) aus einer Mehrzahl von separaten Spiegelsegmenten (111, 112, 113, 211, 311, 411, 412, 413, ...) aufweist; und • wobei die in dieser Spiegelsegmentanordnung maximal auftretende optisch nutzbare Fläche eines einzelnen Spiegelsegmentes (111, 112, 113, 211, 311, 411, 412, 413, ...) höchstens 10% der im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage auftretenden maximalen Subapertur auf der Spiegelsegmentanordnung beträgt.
Projektionsobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in dieser Spiegelsegmentanordnung (100, 200, 400) maximal auftretende optisch nutzbare Fläche eines einzelnen Spiegelsegmentes (111, 112, 113, 211, 311, 411, 412, 413, ...) höchstens 5%, insbesondere höchstens 3%, weiter insbesondere höchstens 1%, der im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage auftretenden maximalen Subapertur auf der Spiegelsegmentanordnung (100, 200, 400) beträgt.
Projektionsobjektiv nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegelsegmentanordnung (100, 200, 400) wenigstens 10 Spiegelsegmente, insbesondere wenigstens 50 Spiegelsegmente, weiter insbesondere wenigstens 100 Spiegelsegmente, aufweist.
Projektionsobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dieses wenigstens eine Heizvorrichtung (231, ...; 431, ...), insbesondere eine Mehrzahl von Heizvorrichtungen (231, ...; 431, ...) aufweist.
Projektionsobjektiv nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Heizvorrichtungen (231, ...; 431, ...) unterschiedlichen Spiegelsegmenten (211, ...; 411, ...) der Spiegelsegmentanordnung (200, 400) zugeordnet sind.
Projektionsobjektiv nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass jedem der Spiegelsegmente (211, ...; 411, ...) der Spiegelsegmentanordnung (200, 400) jeweils eine separate Heizvorrichtung (231, ...; 431, ...) zugeordnet ist.
Projektionsobjektiv nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass diese Heizvorrichtungen Heizstrahler sind, über welche eines oder mehrere Spiegelsegmente der Spiegelsegmentanordnung teilweise oder vollständig mit elektromagnetischer Strahlung bestrahlbar sind.
Projektionsobjektiv nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass diese Heizstrahler jeweils auf der zur optisch wirksamen Fläche des jeweiligen Spiegelsegmentes entgegengesetzten Seite angeordnet sind.
Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses wenigstens einen Temperatursensor (241, ...; 341, ...; 441, ...), insbesondere eine Mehrzahl von Temperatursensoren (241, ...; 341, ...; 441, ...), aufweist.
Projektionsobjektiv nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass diese Temperatursensoren unterschiedlichen Spiegelsegmenten (211, ...; 311, ...; 411, ...) der Spiegelsegmentanordnung zugeordnet sind.
Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei, insbesondere sämtliche, Spiegelsegmente (111, 112, 113, 211, 311, 411, 412, 413, ...) voneinander thermisch entkoppelt sind.
Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses wenigstens eine Spiegelsegmentgruppe aufweist, welche aus wenigstens zwei miteinander über einen Wärmeleiter (120) thermisch gekoppelten Spiegelsegmenten (111, 112, 113, ...) besteht.
Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses eine Mehrzahl von Positionsaktuatoren (351, ...; 451, ...) aufweist, wobei diese Positionsaktuatoren unterschiedlichen Spiegelsegmenten (311, ...; 411, ...) der Spiegelsegmentanordnung zugeordnet sind.
Projektionsobjektiv nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass dieses wenigstens eine Steuerungseinheit (461) aufweist, über welche die Position und/oder die Beheizung einzelner Spiegelsegmente (411, 412, 413, ...) in Abhängigkeit von der mittels des jeweils zugeordneten Temperatursensors (441, ...) gemessenen Temperatur steuerbar ist.
Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegelsegmente der Spiegelsegmentanordnung unabhängig voneinander verstellbar sind.
Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegelsegmente der Spiegelsegmentanordnung miteinander eine, lediglich durch gegebenenfalls vorhandene Übergangsbereiche zwischen benachbarten Spiegelsegmenten unterbrochene, zusammenhängende reflektierende Fläche ausbilden.
Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegelsegmentanordnung in einer Pupillenebene des Projektionsobjektivs angeordnet ist.
Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegelsegmentanordnung eine punktsymmetrische oder achsensymmetrische Segmentierung aufweist.
Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses zum Betrieb bei einer Wellenlänge kleiner als 370 nm, insbesondere kleiner als 250 nm, weiter insbesondere kleiner als 200 nm, und weiter insbesondere kleiner als 160 nm, ausgelegt ist.
Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses ein katadioptrisches Projektionsobjektiv (500) mit zwei refraktiven Teilsystemen (510, 540) und einem katadioptrischen Teilsystem (530) ist.
Projektionsobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass dieses zum Betrieb bei einer Wellenlänge kleiner als 15 nm ausgelegt ist.
Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage mit einer Beleuchtungseinrichtung und einem Projektionsobjektiv, wobei das Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgelegt ist.
Verfahren zum Herstellen eines Projektionsobjektivs einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage mit einer Mehrzahl von Spiegeln, wobei wenigstens einer dieser Spiegel aus einer Mehrzahl von separaten Spiegelsegmenten zusammengesetzt wird, und wobei die in dieser Spiegelsegmentanordnung maximal auftretende optisch nutzbare Fläche eines einzelnen Spiegelsegmentes (111, 112, 113, 211, 311, 411, 412, 413, ...) höchstens 10% der im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage auftretenden maximalen Subapertur auf der Spiegelsegmentanordnung beträgt.