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WO2013087300A1 - Optische anordnung und optisches element für die immersionslithographie - Google Patents

Optische anordnung und optisches element für die immersionslithographie Download PDF

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Publication number
WO2013087300A1
WO2013087300A1 PCT/EP2012/071895 EP2012071895W WO2013087300A1 WO 2013087300 A1 WO2013087300 A1 WO 2013087300A1 EP 2012071895 W EP2012071895 W EP 2012071895W WO 2013087300 A1 WO2013087300 A1 WO 2013087300A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
layer
optical element
optical
optical arrangement
graphene
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2012/071895
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rolf Freimann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Carl Zeiss SMT GmbH
Original Assignee
Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Carl Zeiss SMT GmbH filed Critical Carl Zeiss SMT GmbH
Publication of WO2013087300A1 publication Critical patent/WO2013087300A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70216—Mask projection systems
    • G03F7/70341—Details of immersion lithography aspects, e.g. exposure media or control of immersion liquid supply
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/708—Construction of apparatus, e.g. environment aspects, hygiene aspects or materials
    • G03F7/7095—Materials, e.g. materials for housing, stage or other support having particular properties, e.g. weight, strength, conductivity, thermal expansion coefficient
    • G03F7/70958—Optical materials or coatings, e.g. with particular transmittance, reflectance or anti-reflection properties

Definitions

  • the invention relates to an optical arrangement for immersion lithography, comprising: at least one component which is at least partially wetted with water as immersion liquid during operation of the optical arrangement, and an optical element made of a transparent material for wavelengths in the UV range.
  • the wetting of surfaces of components with liquids, especially with water, can have negative effects on their properties. This is the case in particular in the case of optical elements in which residues, for example salts, which can adversely affect the optical properties of the optical elements can be deposited by wetting.
  • residues for example salts
  • hydrophobic water-repellent
  • the (static) contact angle is 0 °, at a contact angle of less than 90 ° water is called a wetting liquid of a hydrophilic surface, with a contact angle of more than 90 ° of a hydrophobic surface.
  • the measurement of the contact angle can by means of a goniometer (usually at room temperature (20 ° C) and
  • Atmospheric pressure arranged on a surface
  • volume of liquid is supplied to determine the so-called "advancing angle", i.e. the maximum dynamic contact angle. Accordingly, the liquid drop is dynamically deprived of volume to the smallest possible contact angle, the so-called
  • Microlithography especially in immersion lithography, plays a role.
  • microlithography are used for the production of semiconductor devices
  • Imaged structures on a mask by means of a projection lens on a smaller scale on a photosensitive substrate are imaged structures on a mask by means of a projection lens on a smaller scale on a photosensitive substrate.
  • Illuminating radiation are used, which is typically below 250 nm in the UV wavelength range.
  • immersion lithography between the last optical element of the projection objective and the photosensitive substrate is a liquid, usually distilled water (Ultrapure water), introduced to increase the refractive index.
  • the last optical element is at least partially wetted by water, which is why in the areas of the last optical element in which contact with water is to be avoided, increasingly hydrophobic coatings are used.
  • US 2010/0279232 A1 discloses an immersion lithography apparatus in which at least one surface comes into contact with an immersion liquid in operation, which has a dynamic contact angle (retraction angle) of 60 ° or more with respect to the immersion liquid and is said to be hydrophobic.
  • the surface may have a base layer with a surface roughness R a of 0.2 ⁇ or less and a coating formed, for example, of SiO x C y .
  • Such a design of the surface should retain its hydrophobic properties during contact with the immersion liquid for a longer period of time.
  • the protector can be formed, for example, as a radiation-shielding layer, for example in the form of a metal oxide film, and is arranged on an optical element outside its optically free diameter in order to protect the water-repellent component or the hydrophobic coating against UV radiation. In this way, a degradation of their wetting properties should be avoided.
  • a radiation-shielding layer for example in the form of a metal oxide film
  • two layers are thus required in order to obtain the water-repellent properties of the hydrophobic layer over a relatively long period of time.
  • WO 2008/031576 A1 of the applicant also describes an optical arrangement for immersion lithography, which comprises at least one
  • the coating having at least one layer which absorbs and / or reflects UV radiation at wavelengths of less than 260 nm.
  • the object of the invention is to provide an optical arrangement for the
  • Component having at least one layer containing a material whose contact angle with water is optionally hydrophilic or hydrophobic adjustable.
  • the material may be formed, the (static)
  • the surface properties of a component provided with the layer can thus be selectively influenced, depending on whether local wetting of the surface of the component with water or a beading of the water from the surface of the component is desired.
  • the use of such a material also makes it possible to provide components which have a well-defined separation between water wetted and unwetted Have surface areas.
  • the layer can be applied directly to the component, that the layer may possibly also represent the uppermost layer of a coating applied to the component, which has further functional layers. It will further be understood that the layer is typically formed on a surface area which may at least potentially come into contact with the immersion liquid.
  • the layer contains graphene.
  • a layer containing graphene is advantageously both hydrophobic and hydrophilic in water (e.g., in the form of distilled water) as an immersion liquid.
  • water e.g., in the form of distilled water
  • the layer can be obtained by treating graphene with an argon plasma contact angle between 2.2 ° and 69 °, and it is also from the article "Superhydrophobic to
  • Contact angle of graphene through an ultrasonic bath in water can be adjusted to be hydrophilic while an ultrasonic bath containing acetone
  • Graphene is a very hard material with one
  • the layer is formed from Co 3 O 4 nanorod arrays, more specifically, ordered Co 3 O 4 nanorod array arrays. Even with this material, the contact angle can be adjusted within a wide range, cf. the article "Ordered Co 3 O 4 Hierarchical Nanorod Arrays: Tunable Super Hydrophilicity Without UV Irradiation and Transition to Superhydrophobicity", Liang Li et al., J. Mater. Chem., 2009, pp. 8366-8371, by providing a chemical modification of the Material through one
  • the material typically has (super) hydrophilic properties and is therefore particularly well suited for the preparation of a long-term stable hydrophilic layer.
  • Another aspect of the invention relates to an optical arrangement of the type mentioned, in which the component has at least one layer with at least one hydrophilic surface region.
  • the layer may be formed as described above, i. be made of a material in which the contact angle is hydrophobic or hydrophilic adjustable.
  • Immersions cakekeit is used, it may be beneficial if at least one component is provided at least in a (sub) area of its surface with a hydrophilic layer or coating to selectively leave a water film on the component, if the serving as immersion liquid water, for. during an exposure break. This is advantageous in those surface areas in which a uniform
  • wetting with water is desired.
  • wetting with water is desired.
  • the occurrence of evaporative cooling are at least reduced, since the evaporation cooling due to the wetting does not occur directly on the surface of the layer. Furthermore, homogenization of the local variation of the evaporative cooling can be achieved by the uniform wetting in order to avoid an inhomogeneous change in the refractive index of the optical material of the optical element in the hydrophilic coated surface region.
  • the layer has at least one hydrophobic surface area. On such a hydrophobic
  • the layer of graphene has at least one surface area at which the contact angle is location-dependent
  • a surface area may be designed in such a way that it shows strongly hydrophobic properties at one point and weaker hydrophobic properties at another point.
  • another surface area may have both highly hydrophilic and weaker hydrophilic sites.
  • the contact angle can be set so that it is hydrophobic at one point and hydrophilic at another point with respect to water. It is understood that transition regions with a variable contact angle profile can be provided between the locations of hydrophobic and hydrophilic action.
  • the component is formed as an optical element of a transparent material for wavelengths in the UV range.
  • Coating makes it possible to reduce the wetting properties and in particular the evaporation coldness on the optical element or (ideally) to completely prevent the occurrence of evaporative cooling.
  • a (long-term resistant) layer can also protect the (substrate material of the optical element, which may be made of quartz glass, for example) from the immersion liquid so that it is not (partially) removed by the immersion water and the immersion water and others with the immersion water
  • graphene as a layer material makes it possible to provide a long-term stable and therefore low-contamination coating.
  • the optical arrangement comprises a projection objective for forming a structure on a photosensitive substrate, wherein the optical element is provided in the projection objective and that in
  • Projection direction last or penultimate optical element (with respect to the substrate) forms. At least one surface area for the passage of radiation, which is located outside the projection lens, is advantageously formed on the last optical element
  • Immersion liquid is wetted. Further, it is possible to also introduce an immersion liquid between the penultimate and last optical elements to increase the refractive index. Basically, the introduction of immersion liquids in other chambers
  • the direction of projection is understood to be the optical element which is hit last by the projection beam generated in the illumination system when it passes through the projection objective.
  • the last optical element may be a plano-convex lens element, for example, but it is also possible that the last optical element is designed in the form of a Abschiussplatte.
  • a conical volume region is typically provided on the optical element, at which the optical element at least partially immersed in the immersion liquid. In such an optical arrangement, aberrations caused by the wetting with the immersion liquid can be avoided by the applied layer for example, due to evaporative cooling during the flow of the
  • Immersion liquid from the last or from the penultimate optical element can occur.
  • a surface region for the passage of radiation of the projection lens, which is covered by the layer, is formed on the optical element.
  • the layer e.g. Graphene is also formed within the surface area, which is also referred to as optically free diameter and in particular can be arranged on an end face of the conically shaped volume region.
  • that surface of the optical element which forms the light exit surface is immersed in an immersion liquid to increase the numerical aperture of the objective.
  • a surface area (optically free diameter) for directional transmission of radiation i. an area in which the radiation contributes to the image.
  • the optically free diameter can in this case be determined, in particular, by the region of the surface on which it is polished, whereas the region outside this diameter may possibly have an unpolished, matt and therefore rough surface.
  • the layer may in particular be made hydrophilic in the surface area for the directed passage of radiation, thereby advantageously achieving particularly uniform wetting within the optically free diameter.
  • the layer is produced from graphene, which has a thickness of at most 10 nm, preferably of at most 5 nm, at least in the surface region of the optical element which forms the optically free diameter.
  • graphene for UV radiation has a comparatively high absorption. Therefore, it is convenient, as possible thin layer of graphene, in particular an onolage to apply, which has a (theoretical) minimum value of the absorption of about 2.5% in the UV wavelength range relevant to the immersion lithography. It is understood that with increasing layer thickness, the degree of absorption increases and at layer thicknesses in the range between about 10 nm to about 20 nm absorption levels of 10-20% (see article "Graphene-Based Optically
  • Transparent Electrodes for Spectroelectrochemistry in the UV-Vis Region M. Weber et al., Small 2010, 6, no. 2, pages 184-89 may occur, whereby the performance of the optical element or the optical arrangement may possibly be reduced.
  • An advantageous embodiment of the optical arrangement further comprises a tempering device for tempering the at least one optical element.
  • a tempering device for tempering the at least one optical element.
  • the cooling device can have one or more cooling electrodes, which are attached to the edge of the optical element and allow local cooling. Some cooling also takes place by the immersion liquid or by their exchange, provided that it has a correspondingly low temperature.
  • Temperature control means a heating device for heating the optical
  • Element preferably for heating at least a portion of the layer, in particular for electrical (resistive) heating at least one
  • Part of the layer comprises.
  • an optical arrangement can evaporative cooling, possibly in localized portions of the optical element by the evaporation of residues of the
  • Immersion liquid is formed, can be compensated by a corresponding heating power, which is conveniently introduced into at least one corresponding local portion of the layer.
  • the heating power can be introduced in a particularly simple manner in the layer, if it consists of an electrically conductive material such as graphene.
  • electrical contacts may be attached to the optical element, more precisely to the layer, for the electrically resistive heating, which serve to supply current and to dissipate current into the respective portions of the layer to be heated, which are typically arranged between the contacts.
  • the optical arrangement in which it further comprises: a photosensitive substrate, as well as a
  • Immersions feekeit which between the photosensitive substrate and the substrate arranged adjacent to the last optical element and / or between the penultimate and the last optical element of
  • the last or penultimate optical element typically has a conically shaped volume region and is at least at one end face of the conically shaped volume region in the
  • Immersion liquid dips. By immersing the end face in the immersion liquid, the optical image of the optical arrangement can be improved.
  • the immersion liquid is not only between the
  • the immersion liquid is conveyed through supply and discharge channels, which are mounted in the vicinity of the substrate and which are e.g. can be provided on the wafer table itself. After drainage of immersion fluid, e.g. for an exchange of the
  • the layer may also have hydrophilic properties in at least one subregion in order to produce a (thin) To obtain liquid film on the wafer table. It is understood that other components of the optical arrangement, potentially with the
  • Immersion water can come in, be provided with a layer which is formed as described above.
  • GB 2470049 B which is incorporated herein by reference, teaches to provide, on an optical element which is adjacent to an immersion zone during the coating process, a liquid-repellent device adapted to generate an electric field.
  • the electric field is intended to influence the immersion liquid to exert a directed repulsive force thereon to keep portions of the immersion liquid away from a surface area of the optical element that is not to contact the immersion liquid.
  • the at least one layer is formed from an electrically conductive material, in the present case e.g. from graphene, this can serve as part of the liquid-repellent device or for generating the electric field, and thus be used to influence the immersion liquid according to GB 2470049 B, during the exposure operation
  • Liquid residues such as drops or the like active
  • a further aspect of the invention relates to an optical element made of a UV-transparent material, to which at least one layer is attached, which contains a material whose contact angle with water is optionally hydrophobic or hydrophilic adjustable.
  • the layer is formed of graphene or the layer contains graphene, in another embodiment, the layer contains Co 3 O 4 nanorod arrays as a layer material.
  • a targeted adjustment of the contact angle with water is possible with these materials. It is understood that other materials which allow such a targeted adjustment of the contact angle come as a layer materials in question.
  • graphene in particular has the additional property of being particularly corrosion-resistant when wetted with water.
  • the conically shaped lens part is in this case brought into contact with its end face with the immersion liquid in order to increase the numerical aperture of the lens.
  • the optical element may e.g. be designed as a plane-parallel plate or Plankonvexlinse.
  • the layer of graphene is arranged in a region outside the optically free diameter, in particular on a peripheral lateral surface of the conically shaped volume region and / or on the planar surface region.
  • Immersion lithography may be the area outside of the optically clear
  • Diameter (for example, at least a portion of the lateral surface of the conically shaped lens portion and / or the planar surface area) are provided with a hydrophobic layer to a beading of
  • the circumferential surface of the conical volume range then forms in a sense a hydrophobic ring around the optically free diameter, which is formed on the front side.
  • the graphene when the layer of graphene is disposed in a region outside the optically-free diameter, the graphene may be advantageously used as a shading layer for protection or shielding of other components, e.g. serve seals, etc., potentially from
  • Stray radiation can be taken from the interior of the optical element.
  • the graphene layer can be made comparatively thick to ensure shading.
  • the region outside the optically free diameter can also be advantageously provided with a hydrophilic material layer. This leads to a uniform wetting of this area, which persists even after a possible outflow of the immersion liquid. Due to the uniform wetting, the problem of locally occurring evaporation cold is reduced, since evaporation takes place uniformly over the entire (surface) area and thus little or no local differences occur.
  • the layer may also be on a front side of the conically shaped
  • volume range especially in a surface area for the passage of UV radiation, i. extend into the optically free diameter. It can e.g. a substantially annular surface area surrounding the optically free diameter is provided on the front side with a layer on which the layer material can be adjusted to be hydrophobic or, if appropriate, hydrophilic.
  • a substantially annular surface area surrounding the optically free diameter is provided on the front side with a layer on which the layer material can be adjusted to be hydrophobic or, if appropriate, hydrophilic.
  • Diameter a generally hydrophilic set layer are provided to improve the wetting or to serve as a corrosion protection layer.
  • the layer has at least one
  • volume range can be provided, starting from the optically used region in which the layer material is hydrophilically adjusted for wetting with water, the contact angle along the end face radially outwards, i. to the adjacent lateral surface of the conical volume region, increases as continuously as possible and at the edge of the end face, i. at the
  • Transition to the lateral surface is hydrophobic. It is understood that the provision of a layer of a material with adjustable contact angle is not limited only to the surface areas described here, but that the layer is basically at any arbitrary
  • Surface area of the optical element can be provided, e.g. also on the conical volume area opposite top of the optical element.
  • Fig. 1a is a schematic representation of a plano-convex lens
  • optical element in a perspective view a sectional view of the optical element of Fig. 1a with a layer of graphene having a first hydrophobically adjusted and a second hydrophilic set surface area, a sectional view of the optical element of Fig. 1a with a layer of graphene having a continuous surface area , whose wetting properties vary depending on location, is a schematic representation of a projection exposure apparatus for immersion lithography with the optical element according to FIG. 1 b or FIG. 1 c, a schematic representation analogous to FIG.
  • Arrangement containing a wafer table with a layer of graphene and means for locally and dynamically applying immersion liquid.
  • an optical element 1 is shown schematically, which consists in the present example of synthetic, amorphous quartz glass (SiO 2 ), is designed as plano-convex lens and has a flat surface 2, which is followed by a radially inner conical lens part 3.
  • the conical lens part 3 has a circumferential lateral surface 5 and a planar end face 4. It is understood that optical elements for the
  • Immersion lithography does not necessarily have to have the plano-convex geometry described above, but a conically shaped volume region 3 is typical for such optical elements.
  • the optical element 1 may also consist of a different material which is above a
  • Wavelength of 250 nm and 193 nm is transparent, for example, crystalline quartz glass (SiO 2 ), barium fluoride (BaF 2 ) or germanium dioxide (Ge0 2 ).
  • FIG. 1 b shows the optical element 1 formed as a plano-convex lens with a layer 6 of graphene, which sets a first hydrophobic one
  • the layer 6 of graphene extends from the end face 4 over the lateral surface 5 of the conical
  • Lens part 3 further on the planar lens surface 2, wherein the hydrophilic set surface area 8 on the end face 4 of the conical lens part 3 and the hydrophobic set surface area 7 on the lateral surface 5 and on the planar lens surface 2 is formed.
  • the layer 6 is limited to only a surface area of the peripheral lateral surface 5 of the conical volume region 3 may be, for example, which adjoins the end face 4 and on which the layer 6 has hydrophobic properties.
  • the layer 6 of graphene does not have to be applied directly to the optical element 1 or to the substrate as shown in FIG. 1 b, but that, if necessary, between the layer 6 made of graphene and the respective surface area 2, 4, 5 of the substrate may be provided additional functional layers.
  • additional tie layers e.g. S1O2 or other material to improve the adhesion of the layer 6.
  • an anti-flex coating may be provided on the front side 4.
  • a partial region 4 a is formed on the front side 4, through which radiation passes in directed direction during operation of the optical element 1 and which is referred to as optically free diameter (although this region does not necessarily have a round geometry got to).
  • the conical lateral surface 5 of the conical lens part 3 in this case forms a hydrophobic ring around the end face 4 of the optical element 1 to which wetting with immersion water is desired.
  • the layer 6 should have a small thickness of typically less than 10 nm, more preferably less than 5 nm, at least in this area 4a. Ideally the layer 6 of graphene at least in the area 4a of the optically free
  • Diameter designed as a monolayer In this way, the absorption of the layer 6 for the passing radiation can be kept low.
  • the application of the layer 6 also in the area 4a of the optically free diameter has proved favorable, since graphene can serve as a corrosive protective layer, which prevents partial detachment of the lens material by contact with the immersion liquid, which is particularly in the area of the optically free Diameter 4a favorable to the
  • Image characteristics of the optical element 1 effects.
  • the graphene layer 6 can assume the function of a shading layer in the first surface area 7 if it is sufficiently thick. In this way it is prevented that stray light from the interior of the optical element 1 through the surface area outside the optically free diameter 4a on other components (not shown), e.g. encounters seals, etc. and adversely affects their properties. So that the layer 6 of graphene acts as a shading layer, layer thicknesses of at least 1 ⁇ are usually required.
  • this can also be provided on a lens edge, for example on a cylindrical circumferential side surface, with the layer 6 of graphene.
  • the layer 6 of graphene instead of a single layer 6 of graphene, coatings with multiple layers may be used.
  • the layer 6 can also be applied at least in a partial region of the convexly curved surface, which lies opposite the conically shaped volume region 3.
  • the second surface region 8 of the layer of graphene 6 in the region of the front side 4 of the conical lens part 3 has hydrophilic properties. The hydrophilic surface region 8 ensures that the optical element 1 has a good wetting on contact with water, wherein the
  • Contact angle is preferably less than 30 °, more preferably less than 5 °.
  • a reduction of the contact angle for example, by a treatment of the layer 6 with an argon plasma or by a
  • FIG. 1c shows an optical element 1 formed as a plano-convex lens with a layer 6 made of graphene, which in the example shown in FIG.
  • coherent surface area 9 forms, which has location-dependent varying hydrophobic and hydrophilic properties.
  • the contiguous surface area 9 can with water
  • the layer 6 of graphene extends overall, starting from the end face 4, over the lateral surface 5 of the conical lens part 3, further over the plane lens surface 2.
  • the wettability of the layer 6 of graphene may be e.g. by an argon plasma treatment from hydrophobic to hydrophilic
  • the graphene material in the region 4a of the optically free diameter, can be made hydrophilic and the contact angle starting from this region 4a on the end face 4 outwards to
  • the layer 6 in the area 4a of the optically free diameter can be dispensed with.
  • the layer 6 may also have a location-dependent varying contact angle, or the contact angle may for example be constant, so that the layer 6 is completely hydrophilic or hydrophobic.
  • the application of the layer 6 of graphene on the optical element 1 can be done in different ways. As a rule, the graphene is applied to a projection exposure apparatus prior to installation of the optical element 1.
  • the application of the graphene as described in the article cited above "Transparent, Conductive Graphene Electrodes for Dye-Sensitized Solar Cells", Xuan Wang et al., Nano Letters 2008, vol. 8, No. 1, pages 323-327 hereby ensures a high resistance of the
  • an additional annealing step may be performed after application in which the optical element 1 is heated to temperatures of e.g. about 100 ° C is heated.
  • optical element 1 The operation of the optical element 1 is conveniently described in the context of the exposure operation of a microlithography optical device 10, as shown in FIG. 2 in the form of a wafer scanner for fabricating highly integrated semiconductor devices.
  • the optical arrangement 10 comprises as the light source an excimer laser 1 1 with a working wavelength of 193 nm, whereby other working wavelengths, for example 248 nm, are possible.
  • a downstream one Lighting system 12 generates in its exit plane a large, sharply delimited, very homogeneously illuminated and adapted to the telecentricity requirements of a downstream projection lens 13 image field.
  • Behind the illumination system 12, a device 14 for holding and manipulating a (not shown) photomask is arranged so that it lies in the object plane 15 of the projection lens 13 and is movable in this plane for scanning in a direction indicated by an arrow 16 departure direction.
  • level 15 also referred to as mask level
  • Projection lens 13 the one image of the photomask on a reduced scale, for example, on a scale of 4: 1 or 5: 1 or 10: 1, on one with a
  • Photoresist layer occupied wafer 17 images.
  • the serving as a photosensitive substrate wafer 17 is arranged so that the plane
  • Substrate surface 18 coincides with the photoresist layer substantially with the image plane 19 of the projection lens 13.
  • the wafer 17 is held by a device 20 which includes a scanner drive to move the wafer 17 in synchronism with and parallel to the photomask.
  • the device 20 also includes manipulators to move the wafer both in the z-direction parallel to an optical axis 21 of the projection lens, and in the x- and y-direction perpendicular to this axis.
  • the projection lens 13 has, as the image plane adjacent to the image plane 19, the optical element 1 of Fig. 1b or Fig. 1c, i. a
  • End face 4 forms the last optical surface of the projection lens 13 and which at a working distance above the substrate surface 18th
  • an immersion liquid 22 in the present case water, more precisely ultrapure water, arranged, which the output side numerical aperture of Projection lens 13 increases.
  • the imaging of structures on the photomask can be carried out with a higher resolution and depth of field than is possible if the space between the optical element 1 and the wafer 17 is filled with a medium having a lower refractive index, eg air.
  • the gap forming the gap is usually between 2 mm and 4 mm in size.
  • Prokjetechnischesucciven 13 for the micro-lithography in other areas can be used advantageously, and indeed whenever an optical element 1 is provided in an optical arrangement, which is to be at least partially immersed in a liquid 22. It is understood that other materials which have an adjustable contact angle with water, for the formation of the layer 6 in question, for example, Co30 4 nanorod arrays, in which also a
  • FIG. 3 shows a schematic representation of an end-side section of a projection objective 13 with an optical element 1 in the form of a
  • Plane convex lens which is the penultimate optical element of the
  • Projection lens 3 is used. As the last optical element is in the
  • Projection lens 13 a plate-like optical element 1a attached.
  • the projection lens 13 substantially corresponds to the structure as described in US Pat. No. 7,697,111 B2, which is incorporated herein by reference.
  • both between the plate 1a is a last optical element and the substrate (not shown in Fig. 3) as well between the last optical element 1a and the penultimate optical element 1 an immersion liquid 22 in the form of ultrapure water
  • the plate-shaped optical element 1 a also has a conical volume range, with its end face in the
  • Immersion liquid 22 is immersed.
  • the layer 6 is applied only in the area of the peripheral surface 5 of the respective optical element 1, 1 a and has hydrophilic properties in both cases. In this way, it comes on the lateral surface 5 to a permanent wetting, which is retained even after the drainage of the immersion liquid 22.
  • the hydrophilic layer 6 can also be provided on the respective front side of the optical element 1, 1a, wherein the layer 6 can remain restricted to the region outside the optically free diameter or extend into the region of the optically free diameter as described above can.
  • the layer 6 can be applied thickly in the area of the lateral surface 5, so that components such as e.g. Seals 24 before
  • FIG. 4 shows a partial region of a projection objective 13 with an outbreak, so that an optical element 1 arranged as a termination element in the interior of the projection objective 13 can be seen in the form of a plano-convex lens.
  • a tempering device designed as a cooling device 40 is provided on the projection objective 13.
  • the cooling device 40 comprises cooling elements 41, which are in contact with the optical element 1 and in the region of a holder 42 of the optical element 1 are provided to ensure a good heat transfer.
  • the cooling device 40 furthermore has a sensor system (not shown) and a control device 43 in order to achieve as constant a temperature as possible within the optical element 1 as a result of the heat dissipation.
  • the cooling device 40 may also include cooling units, e.g. in the form of cooling electrodes, at the edge of the optical element 1, in particular in the region of the conically shaped lens part 3.
  • cooling units e.g. in the form of cooling electrodes, at the edge of the optical element 1, in particular in the region of the conically shaped lens part 3.
  • the latter is particularly advantageous when the layer 6 is applied on the front side 4 in the region of the optically free diameter, since in this case the heat generated in the absorption of UV radiation in the layer 6 can be dissipated.
  • FIG. 5 furthermore shows a heating device 50
  • Tempering device with the portions 51 of the layer 6 of graphene, which is mounted in the present case in the lower region of the lateral surface of the conically shaped volume region 3, can be locally heated.
  • the heating device 50 is arranged analogously to FIG. 4 in the region of the projection objective 13, in which the holder for the optical element 1 is also provided.
  • the heater 50 has a
  • Heating device 50 also has a sensor system (not shown) and a regulating device in order to compensate for any heat sinks in the optical element 1 which occur locally by means of evaporative cooling by means of a targeted, local supply of heat.
  • the optical element 1 shown in plan view in FIG. 5 has three electrical contacts 53 (connection electrodes) which are connected to the layer 6 are.
  • the contacts 53 are on three on the optical element. 1
  • Heat supply regions 51 a current is passed through the graphene locally, so that due to the line resistance, a heat development sets (resistive heating). In this way, in each case a portion 51 of the layer 6 or of the optical element 1 extending over approximately 20 ° can be heated in a targeted manner in order to specifically compensate a heat sink possibly present there. It is understood that in place of three electrical
  • Contacts may be provided a plurality of contacts 53 to obtain a refined pattern of local heat supply regions 51. It is further understood that the layer 6 of graphene, unlike in FIG. 5, can also extend completely over the conical lens part 3 and, for example, further over the planar surface region 2.
  • FIG. 6 shows a section of a projection objective 13 of an optical arrangement for immersion lithography, in which the wafer 17 is mounted on a wafer table 60 on which a layer 6 of graphene is formed.
  • the wafer table 60 is for holding and manipulating the photosensitive
  • Substrate 17 or wafer formed and the layer 6 of graphene has hydrophobic properties in the present example.
  • the immersion liquid 22 can not only be located between the photosensitive substrate 17 and the last optical element 1, but also cover large parts on the upper side of the wafer table 60, which has a peripheral edge 63 for receiving the immersion liquid 22 having.
  • the wafer table 60 forms a kind here Basin, which is filled with the Immersionsfiüsstechnik 22 and in which the substrate 17 is immersed, at least on its upper side.
  • the immersion liquid 22 is conveyed into the basin via supply and discharge channels 61, 62 of the wafer table 60.
  • Graphene on the wafer stage 60 avoids the retention of liquid residue after outflow of the immersion liquid 22 from the basin-shaped area.
  • the contact angle of the hydrophobic layer 6 with the immersion water should be greater than the contact angle which the immersion water with the inlet and outlet channels 61, 62 encloses.
  • other components which may come into contact with the immersion liquid 22, at least in a partial area can be provided with a layer 6, which is formed as described above, in particular in areas which alternately Immersionswasser be wetted and dry.
  • FIG. 7 shows a detail of a projection objective 13 and a wafer 17 which is mounted on a wafer table 60 and acts as a photosensitive substrate, the arrangement shown in FIG. 7 essentially being different from the arrangement shown in FIG. 7
  • Extension of the immersion liquid 22 is limited to a region 72 between the wafer 17 and the last optical element 1 of the projection lens 13.
  • the wafer 17 is in this case arranged so that its planar substrate surface 18 substantially coincides with the image plane 19 of the projection lens 13.
  • the wafer table 60 and with it the wafer 17 can be moved in the X direction by means of a displacement device, not shown, so that different areas on the wafer 17 can be approached during the exposure.
  • the immersion liquid 22 on the one hand reaches the region 72 between the last one optical element 1 and the wafer 17 and on the other hand sucked out of this, so that the immersion liquid 22 remains limited during the movement of the wafer table 60 to the area 72 between the feed device 70 and the suction device 71.
  • the suction device 71 usually operates with a negative pressure relative to the environment, so that the immersion liquid 22 can be easily absorbed via an inlet 73. As a result, a continuous (and dynamic) exchange of the immersion liquid 22, which remains limited to the partial area of the substrate surface 18 that is currently being used for the exposure, takes place.
  • the local wetting in region 72 offers the advantage that only small amounts of immersion liquid 22 have to be accelerated during the displacement of wafer table 60. This does not come to unwanted
  • Turbulence in the immersion liquid 22 and also wave formation due to the inertia of the immersion liquid 22 can be avoided.
  • a layer 6 of graphene is formed which has hydrophobic properties.
  • a jerky movement of the wafer table 60 and / or when replacing the wafer 17 against another wafer eg in the X direction
  • parts of the immersion liquid which are not absorbed by the suction device 71 and a not covered by the wafer 17 reach the top surface 64 of the wafer table 60, these wet in an undesirable manner.
  • the wafer table 60 is usually moved and accelerated during operation, due to the hydrophobic properties of the layer 6, the remains of the immersion liquid 22 on the top 64 of the wafer table 60 are not accelerated due to inertia and thus contrary to the direction of acceleration of the Wafer table 60 are moved or stay behind. In this way, the liquid residues can reach the edge of the wafer table 60 and roll off there or, if necessary, be collected by means of a suitable collecting device.
  • the contact angle of the hydrophobic layer 6 with the immersion water 22 should be sufficiently large.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine optische Anordnung für die Immersionslithographie, insbesondere eine Projektionsbelichtungsanlage, umfassend: mindestens ein Bauelement (1), welches beim Betrieb der optischen Anordnung zumindest teilweise mit Wasser als Immersionsflüssigkeit (22) benetzt ist. Das mindestens eine Bauelement (1) weist mindestens eine Schicht (6) auf, die ein Material enthält, dessen Kontaktwinkel mit der Immersionsflüssigkeit (22) wahlweise hydrophob oder hydrophil einstellbar ist. Bei dem Material kann es sich beispielsweise um Graphen oder um Co3O4-Nanostäbchen-Arrays handeln. Die Erfindung betrifft auch ein optisches Element (1), welches mindestens eine Schicht (6) aus einem solchen Material aufweist und welches in einer optischen Anordnung für die Immersionslithographie Verwendung finden kann.

Description

Optische Anordnung und optisches Element für die
Immersionslithographie
Bezugnahme auf verwandte Anmeldungen
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung DE 10 201 1 088 846.2 vom 16. Dezember 201 1 , deren gesamter
Offenbarungsgehalt durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht wird.
Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine optische Anordnung für die Immersionslithographie, umfassend: mindestens ein Bauelement, welches im Betrieb der optischen Anordnung zumindest teilweise mit Wasser als Immersionsflüssigkeit benetzt ist, sowie ein optisches Element aus einem für Wellenlängen im UV-Bereich transparenten Material.
Die Benetzung von Oberflächen von Bauteilen mit Flüssigkeiten, insbesondere mit Wasser, kann negative Auswirkungen auf deren Eigenschaften haben. Dies ist insbesondere bei optischen Elementen der Fall, bei denen sich durch die Benetzung Rückstände, z.B. Salze, ablagern können, welche die optischen Eigenschaften der optischen Elemente nachteilig beeinflussen können. Um eine Benetzung von optischen Elementen mit Wasser zu vermeiden oder um Wasser schnell von diesen zu entfernen ist es bekannt, optische Elemente mit hydrophoben (wasserabweisenden) Beschichtungen zu versehen. Das Benetzungsverhalten von Oberflächen mit Flüssigkeiten wird durch den Kontaktwinkel beschrieben, den ein Flüssigkeitstropfen mit einer Oberfläche des optischen Elements einschließt. Benetzt die Flüssigkeit die Oberfläche vollständig, liegt der (statische) Kontaktwinkel bei 0°, bei einem Kontaktwinkel von weniger als 90° spricht man bei Wasser als benetzender Flüssigkeit von einer hydrophilen Oberfläche, bei einem Kontaktwinkel von mehr als 90° von einer hydrophoben Oberfläche. Die Messung des Kontaktwinkels kann mittels eines Goniometers (üblicher Weise bei Raumtemperatur (20°C) und
Atmosphärendruck) an einem auf der Oberfläche angeordneten
Flüssigkeitstropfen erfolgen. Bei der so genannten dynamischen
Kontaktwinkelmessung wird dem Flüssigkeitstropfen bei gleicher Ausdehnung der Grenzfläche zwischen Tropfen und Oberfläche dynamisch ein
Flüssigkeitsvolumen zugeführt, um den so genannten Fortschreitwinkel (engl, „advancing angle"), d.h. den maximalen dynamischen Kontaktwinkel zu bestimmen. Entsprechend wird dem Flüssigkeitstropfen dynamisch Volumen entzogen, um den kleinstmöglichen Kontaktwinkel, den so genannten
Rückzugswinkel (engl,„receding angle") zu bestimmen. Der statische
Kontaktwinkel liegt zwischen diesen beiden Werten.
Die Problematik der Benetzung von Bauteilen spielt auch bei der
Mikrolithographie, speziell bei der Immersionslithographie, eine Rolle. In der Mikrolithographie werden zur Herstellung von Halbleiter-Bauelementen
Strukturen auf einer Maske mittels eines Projektionsobjektivs in verkleinerndem Maßstab auf ein lichtempfindliches Substrat abgebildet. Um die für derartige Anwendungen erforderliche hohe Auflösung zu erreichen, kann
Beleuchtungsstrahlung eingesetzt werden, welche im UV-Wellenlängenbereich typischerweise unterhalb von 250 nm liegt. Um eine weitere Erhöhung der Auflösung und Tiefenschärfe zu erreichen, ist bei der Immersionslithographie zwischen dem letzten optischen Element des Projektionsobjektivs und dem lichtempfindlichen Substrat eine Flüssigkeit, in der Regel destilliertes Wasser (Reinstwasser), zur Erhöhung der Brechzahl eingebracht. Hierbei wird das letzte optische Element zumindest teilweise von Wasser benetzt, weshalb in den Bereichen des letzten optischen Elementes, in denen ein Kontakt mit Wasser vermieden werden soll, vermehrt hydrophobe Beschichtungen zum Einsatz kommen.
Die US 2010/0279232 A1 offenbart eine Immersionsiithographieanlage, bei der mindestens eine Oberfläche im Betrieb mit einer Immersionsflüssigkeit in Kontakt kommt, die bezüglich der Immersionsflüssigkeit einen dynamischen Kontaktwinkel (Rückzugswinkel) von 60° oder darüber aufweist und als hydrophob bezeichnet wird. Die Oberfläche kann eine Basis-Schicht mit einer Oberflächenrauhigkeit Ra von 0,2 μιη oder weniger und eine Beschichtung aufweisen, die beispielsweise aus SiOxCy gebildet ist. Durch eine derartige Ausgestaltung der Oberfläche sollen deren hydrophobe Eigenschaften beim Kontakt mit der Immersionsflüssigkeit für einen längeren Zeitraum erhalten bleiben.
Aus der US 201 1/0013160 A1 ist es bekannt, eine
Projektionsbelichtungsanlage mit einem wasserabweisenden Bauteil bzw. ein optisches Element mit einer wasserabweisenden Beschichtung bereitzustellen, welche durch einen Protektor vor UV-Strahlung geschützt werden soll. Der Protektor kann z.B. als Strahlung abschirmende Schicht, z.B. in Form eines Metalloxidfilms, ausgebildet sein und ist auf einem optischen Element außerhalb von dessen optisch freiem Durchmesser angeordnet, um das wasserabweisende Bauteil bzw. die hydrophobe Beschichtung vor UV- Strahlung zu schützen. Auf diese Weise soll eine Degradation von deren Benetzungseigenschaften vermieden werden. Bei der in der US 201 1/0013160 A1 beschriebenen Lösung werden somit zwei Schichten benötigt, um die wasserabweisenden Eigenschaften der hydrophoben Schicht über einen längeren Zeitraum zu erhalten. Auch die WO 2008/031576 A1 der Anmelderin beschreibt eine optische Anordnung für die Immersionslithographie, welche mindestens eine
Komponente aufweist, auf die eine hydrophobe Beschichtung aufgebracht ist, wobei die Beschichtung mindestens eine Schicht aufweist, die UV-Strahlung bei Wellenlängen von weniger als 260 nm absorbiert und/oder reflektiert.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, eine optische Anordnung für die
Immersionslithographie sowie ein optisches Element bereitzustellen, deren Eigenschaften im Hinblick auf die Benetzungseigenschaften mit Wasser als Immersionsflüssigkeit, insbesondere im Hinblick auf die Stabilität gegenüber einer Degradation durch die Immersionsflüssigkeit, verbessert sind.
Gegenstand der Erfindung
Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt gelöst durch eine optische Anordnung der eingangs genannten Art, bei welcher mindestens ein
Bauelement mindestens eine Schicht aufweist, die ein Material enthält, dessen Kontaktwinkel mit Wasser wahlweise hydrophil oder hydrophob einstellbar ist. Insbesondere kann das Material ausgebildet sein, den (statischen)
Kontaktwinkel mit Wasser zwischen superhydrophil (statischer Kontaktwinkel < 10°) und superhydrophob (statischer Kontaktwinkel > 150°) einzustellen. Das Schichtmaterial erlaubt insbesondere eine gezielte Einstellung des
Kontaktwinkels auf einen vorgegebenen Wert. Durch ein solches Material können die Oberflächeneigenschaften eines mit der Schicht versehenen Bauelements somit gezielt beeinflusst werden, je nachdem, ob lokal eine Benetzung der Oberfläche des Bauelements mit Wasser oder ein Abperlen des Wassers von der Oberfläche des Bauelements erwünscht ist. Die Verwendung eines solchen Materials ermöglicht es auch, Bauteile bereitzustellen, welche eine klar definierte Trennung zwischen von Wasser benetzten und unbenetzten Oberflächenbereichen aufweisen. Es versteht sich, dass die Schicht direkt auf das Bauteil aufgebracht werden kann, dass die Schicht ggf. aber auch die oberste Schicht einer auf das Bauteil aufgebrachten Beschichtung darstellen kann, welche weitere funktionelle Schichten aufweist. Es versteht sich weiterhin, dass die Schicht typischer Weise an einem Oberflächenbereich gebildet ist, der zumindest potentiell mit der Immersionsflüssigkeit in Berührung kommen kann.
In einer Ausführungsform enthält die Schicht Graphen. Eine Schicht, die Graphen enthält, ist in vorteilhafter Weise bezüglich Wasser (z.B. in Form von destilliertem Wasser) als Immersionsflüssigkeit sowohl hydrophob als auch hydrophil einstellbar. Wie aus dem Artikel„Transparent, Conductive Graphene Electrodes for Dye-Sensitized Solar Cells", Xuan Wang et al., Nano Letters 2008, vol. 8, No. 1 , Seiten 323-327 bekannt ist, können durch eine Behandlung des Graphens mit einem Argonplasma Kontaktwinkel zwischen 2,2° und 69° eingestellt werden. Auch ist es aus dem Artikel„Superhydrophobic to
Superhydrophilic Wetting Control in Graphene Films", J. Rafiee et al.,
Advanced Materials 2010, 22, Seiten 2151 -2154 bekannt, dass der
Kontaktwinkel von Graphen durch ein Ultraschall-Bad in Wasser hydrophil eingestellt werden kann, während ein Ultraschall-Bad mit Aceton die
Bereitstellung von hydrophobem Graphen ermöglicht. Durch den relativen Anteil von Wasser und Aceton in der jeweils verwendeten Lösung kann der Kontaktwinkel der resultierenden Graphen-Schicht über einen weiten
Kontaktwinkel-Bereich (von superhydrophob bis superhydrophi!) eingestellt werden. Es versteht sich, dass das in der Schicht vorhandene Graphen nach der Einstellung des Kontaktwinkels z.B. mit Hilfe der oben beschriebenen Ultraschall-Behandlung typischer Weise in seiner Struktur modifiziert ist.
Bei Graphen handelt es sich um ein sehr hartes Material mit einem
Elastizitätsmodul von ca. 1000 GPa und einer Zugfestigkeit von 1 ,25χ1011 Pa. Auch weist Graphen eine hohe elektrische Leitfähigkeit auf. Vorteilhaft ist, dass Graphen im Gegensatz zu Metalloxid-Schichten eine hohe chemische
Beständigkeit gegenüber starken Säuren, z.B. gegenüber Salzsäure (HCl), aufweist. Daher ist eine Kontamination der Immersionsflüssigkeit mit Ionen durch das Degradieren der Graphen-Schicht bzw. durch das ggf. durch die Degradation freigelegte beschichtete Bauteil bzw. Substrat nicht sehr wahrscheinlich. Eine Ablagerung von bei der Degradation gebildeten Ionen an anderer Stelle und damit einhergehend eine Kontamination von weiteren Bauteilen, die zumindest zeitweise mit der Immersionsflüssigkeit in Berührung kommen, kann daher weitestgehend verhindert werden.
Zur Herstellung von Graphen sind verschiedene Verfahren bekannt. Ein gängiges mechanisches Verfahren stellt die so genannte Exfoliationsmethode dar, bei der wiederholt hochgeordneter pyrolytischer Graphit (engl. Highly Odered Pyrolytic Graphite, HOPG) abgeschält bzw. abgeblättert und auf das zu beschichtende Objekt übertragen wird. Auf diese Weise lassen sich lokal dünne Graphenschichten herstellen. Chemische Verfahren zur Herstellung von Graphen sind ebenfalls bekannt, beispielsweise die Reduktion von
Graphenoxid sowie die chemische Abblätterung aus Graphit durch organische Lösungsmittel. Des Weiteren sind zur Graphengewinnung auch die thermische Zersetzung hexagonaler Siliciumcarbid-Oberflächen sowie das epitaktische Wachstum auf metallischen Substraten bekannt.
In einer Ausführungsform ist die Schicht aus Co3O4-Nanostäbchen-Arrays, genauer gesagt aus geordneten hierarchischen Co3O4-Nanostäbchen-Arrays gebildet. Auch bei diesem Material lässt sich der Kontaktwinkel in einem weiten Bereich einstellen, vgl. den Artikel„Ordered Co3O4 Hierarchical Nanorod Arrays: Tunable Superhydrophilicity Without UV Irradiation and Transition to Superhydrophobicity", Liang Li et al., J. Mater. Chem., 2009, Seiten 8366-8371 , und zwar indem eine chemische Modifikation des Materials durch eine
Behandlung mit Fluorosilan erfolgt, welche zu einer Änderung der
Benetzungseigenschaften von superhydrophil zu hydrophob oder superhydrophob bewirken kann. Ohne eine solche Behandlung weist das Material typischer Weise (super-)hydrophile Eigenschaften auf und eignet sich daher besonders gut zur Herstellung einer langzeitstabllen hydrophilen Schicht.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine optische Anordnung der eingangs genannten Art, bei welcher das Bauteil mindestens eine Schicht mit mindestens einem hydrophilen Oberflächenbereich aufweist. Die Schicht kann insbesondere wie oben beschrieben ausgebildet sein, d.h. aus einem Material hergestellt sein, bei dem der Kontaktwinkel hydrophob oder hydrophil einstellbar ist. Obgleich in der optischen Anordnung Wasser als
Immersionsflüssigkeit verwendet wird, kann es günstig sein, wenn mindestens ein Bauteil zumindest in einem (Teil-)bereich seiner Oberfläche mit einer hydrophilen Schicht bzw. Beschichtung versehen wird, um auf dem Bauteil gezielt eine Wasserfilm zu belassen, wenn das als Immersionsflüssigkeit dienende Wasser z.B. während einer Belichtungspause abfließt. Dies ist in solchen Oberflächenbereichen von Vorteil, in denen eine gleichmäßige
Benetzung mit Wasser erwünscht ist. Beispielsweise können in einem
Oberflächenbereich, an dem das Bauteil gewollt mit Wasser in Kontakt gebracht wird, unerwünschte Lufteinschlüsse vermieden werden, die ggf. zu Abbildungsfehlem führen können. Auch kann durch die gleichmäßige
Benetzung mit Wasser das Auftreten von Verdunstungskälte zumindest reduziert werden, da die Verdunstungskälte aufgrund der Benetzung nicht unmittelbar an der Oberfläche der Schicht auftritt. Weiterhin kann durch die gleichmäßige Benetzung eine Homogenisierung der örtlichen Variation der Verdunstungskälte erreicht werden, um eine inhomogene Änderung des Brechungsindex des optischen Materials des optischen Elements in dem hydrophil beschichteten Oberflächenbereich zu vermeiden.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Schicht mindestens einen hydrophoben Oberflächenbereich auf. An einem solchen hydrophoben
Oberflächenbereich kann die Benetzung mit Wasser reduziert bzw. vermieden werden bzw. auch ein Kontakt mit Wasser führt zu einer schnellen Entfernung des Wassers von der Oberfläche. Dies ist abhängig von dem jeweiligen Ort des Oberflächenbereichs des Bauteils von Vorteil, da ein zügiger Abfluss von Wasser bzw. die Vermeidung von Wasserkontakt die Bildung von
Verdunstungskälte sowie das Zurückbleiben von Wasserrückständen an dem Bauteil verhindert, wodurch beispielsweise im Falle eines optischen Elements Abbildungsfehler durch Verdunstungskälte verringert bzw. vermieden werden können.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Schicht aus Graphen mindestens einen Oberflächenbereich auf, an dem der Kontaktwinkel ortsabhängig
(insbesondere kontinuierlich) variiert. Durch die Einstellbarkeit des
Kontaktwinkels ist es möglich, zusammenhängende Schichten aus ein- und demselben Material herzustellen, welche ein örtlich variierendes
Benetzungsverhalten gegenüber Wasser zeigen. So kann beispielsweise ein Oberflächenbereich derart ausgestaltet sein, dass er an einer Stelle stark hydrophobe und an einer anderen Stelle schwächer hydrophobe Eigenschaften zeigt. Genauso kann ein weiterer Oberflächenbereich sowohl stark hydrophile als auch schwächer hydrophile Stellen aufweisen. Schließlich kann in einem weiteren Oberflächenbereich der Kontaktwinkel so eingestellt sein, dass er an einer Stelle hydrophob und an einer anderen Stelle hydrophil gegenüber Wasser wirkt. Es versteht sich, dass zwischen den Orten hydrophober und hydrophiler Wirkung Übergangsbereiche mit variablem Kontaktwinkelverlauf vorgesehen sein können.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist das Bauteil als optisches Element aus einem für Wellenlängen im UV-Bereich transparenten Material gebildet. Das Anbringen einer wie oben beschrieben ausgebildeten Schicht bzw.
Beschichtung ermöglicht es, die Benetzungseigenschaften und insbesondere die Verdunstungskälte an dem optischen Element zu reduzieren oder (im Idealfall) das Auftreten von Verdunstungskälte vollständig zu verhindern. Durch das Vorsehen einer (langzeitbeständigen) Schicht kann auch das (Substrat- Material des optischen Elements, welches z.B. aus Quarzglas bestehen kann, vor der Immersionsflüssigkeit geschützt werden, so dass dieses nicht durch das Immersionswasser (teilweise) abgetragen und das Immersionswasser und andere mit dem Immersionswasser in Kontakt kommende Bauteile verschmutzt werden. Insbesondere Graphen als Schichtmaterial ermöglicht das Bereitstellen einer langzeitstabilen und damit kontaminationsarmen Beschichtung.
Bei einer Weiterbildung umfasst die optische Anordnung ein Projektionsobjektiv zur Ausbildung einer Struktur auf einem lichtempfindlichen Substrat, wobei das optische Element in dem Projektionsobjektiv vorgesehen ist und das in
Projektionsrichtung letzte oder vorletzte optische Element (in Bezug auf das Substrat) bildet. An dem letzten optischen Element ist in vorteilhafter Weise zumindest ein Oberflächenbereich zum Durchtritt von Strahlung gebildet, der von einer sich außerhalb des Projektionsobjektivs befindenden
Immersionsflüssigkeit benetzt wird. Ferner ist es möglich, zwischen dem vorletzten und letzten optischen Element ebenfalls eine Immersionsflüssigkeit einzubringen, um den Brechungsindex zu erhöhen. Grundsätzlich ist das Einbringen von Immersionsflüssigkeiten auch in weiteren Kammern
(Zwischenräume zwischen benachbarten optischen Elementen) des
Projektionsobjektivs möglich. Unter dem„letzten" optischen Element in
Projektionsrichtung wird das optische Element verstanden, das von dem im Beleuchtungssystem erzeugten Projektionsstrahl beim Hindurchtreten durch das Projektionsobjektiv als letztes getroffen wird. Das letzte optische Element kann ein z.B. plankonvexes Linsenelement sein, es ist aber auch möglich, dass das letzte optische Element in Form einer Abschiussplatte ausgebildet ist. In beiden Fällen ist typischer Weise an dem optischen Element ein konischer Volumenbereich vorgesehen, an dem das optische Element zumindest teilweise in die Immersionsflüssigkeit eintaucht. Bei einer solchen optischen Anordnung können durch die aufgebrachte Schicht Abbildungsfehler vermieden werden, welche durch die Benetzung mit der Immersionsflüssigkeit beispielsweise aufgrund von Verdunstungskälte beim Abfließen der
Immersionsflüssigkeit vom letzten bzw. vom vorletzten optischen Element auftreten können.
In einer Weiterbildung ist an dem optischen Element ein Oberflächenbereich zum Durchtritt von Strahlung des Projektionsobjektivs gebildet, der von der Schicht überdeckt ist, d.h. die Schicht z.B. aus Graphen ist auch innerhalb des Oberflächenbereichs gebildet, welcher auch als optisch freier Durchmesser bezeichnet wird und insbesondere an einer Stirnseite des konisch geformten Volumenbereichs angeordnet sein kann. In der Immersionslithographie wird diejenige Oberfläche des optischen Elements, welche die Lichtaustrittsfläche bildet, in eine Immersionsflüssigkeit eingetaucht, um die numerische Apertur des Objektivs zu erhöhen. An der Oberfläche ist ein Oberflächenbereich (optisch freier Durchmesser) zum gerichteten Durchtritt von Strahlung vorgesehen, d.h. ein Bereich, in dem die Strahlung zur Abbildung beiträgt. Der optisch freie Durchmesser kann hierbei insbesondere durch den Bereich der Oberfläche festgelegt sein, an dem diese poliert ist, wohingegen der Bereich außerhalb dieses Durchmessers ggf. eine unpolierte, matte und damit raue Oberfläche aufweisen kann. Die Schicht kann in dem Oberflächenbereich zum gerichteten Durchtritt von Strahlung insbesondere hydrophil eingestellt sein, wodurch in vorteilhafter Weise eine besonders gleichmäßige Benetzung innerhalb des optisch freien Durchmessers erzielt wird. Die Schicht,
insbesondere aus Graphen, kann im Bereich des optisch freien Durchmessers auch in vorteilhafter Weise als Korrosionsschutzschicht dienen.
Bei einer Weiterbildung ist die Schicht zumindest in dem Oberflächenbereich des optischen Elements, welche den optisch freien Durchmesser bildet, aus Graphen hergestellt, welches eine Dicke von höchstens 10 nm, bevorzugt von höchstens 5 nm aufweist. Bei der Anbringung der Schicht innerhalb des optisch freien Durchmessers ist zu bedenken, dass Graphen für UV-Strahlung eine vergleichsweise hohe Absorption aufweist. Daher ist es günstig, eine möglichst dünne Schicht aus Graphen, insbesondere eine onolage aufzubringen, welche im für die Immersionslithographie relevanten UV-Wellenlängenbereich einen (theoretischen) Minimalwert der Absorption von ca. 2,5 % aufweist. Es versteht sich, dass mit zunehmender Schichtdicke der Absorptionsgrad zunimmt und bei Schichtdicken im Bereich zwischen ca. 10 nm bis ca. 20 nm Absorptionsgrade von 10-20% (vgl. Artikel„Graphene-Based Optically
Transparent Electrodes for Spectroelectrochemistry in the UV-Vis Region, M. Weber et al., small 2010, 6, No. 2, Seiten 184- 89) auftreten können, wodurch die Leistungsfähigkeit des optischen Elements bzw. der optischen Anordnung ggf. herabgesetzt werden kann.
Es sind mehrere Verfahren zur Erzeugung von Graphen bekannt, welche als Endprodukt Monolagen aus Graphen liefern, z.B. die chemische Reduktion von Graphitoxid in flüssigem Hydrazin oder das thermische Zersetzen hexagonaier Siliciumcarbid-Oberflächen. Die Herstellung eines optischen Elements mit einer Monolage aus Graphen als Beschichtung ist somit vergleichsweise einfach zu bewerkstelligen. Auch bei der Verwendung von anderen Materialien, z.B. von Co3O4-Nanostäbchen-Arrays, sollte durch die Wahl einer geeigneten (geringen) Schichtdicke darauf geachtet werden, dass die Absorption im Bereich des optisch freien Durchmessers nicht zu groß wird.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der optischen Anordnung umfasst des Weiteren eine Temperiereinrichtung zum Temperieren des mindestens einen optischen Elements. Durch eine Temperiereinrichtung kann die Temperatur des optischen Elements in der optischen Anordnung gezielt, insbesondere auch ortsabhängig, beim Betrieb der optischen Anordnung in einem vorgesehenen Temperaturbereich gehalten werden, um Temperaturschwankungen z.B. durch Verdunstungskälte oder ggf. durch eine Erwärmung des optischen Elements durch die im Bereich des optischen Durchmessers vorgesehene Schicht (s.o.) auszugleichen. Bei einer Weiterbildung der optischen Anordnung umfasst die Temperiereinrichtung eine Kühleinrichtung zum Kühlen des optischen
Elements. Bei einer derartigen optischen Anordnung kann die durch die UV- Bestrahlung in dem optischen Element bzw. an der innerhalb des optisch freien Durchmessers angeordneten Schicht entstehende Absorptionswärme abgeführt werden, sodass sich keine ggf. inhomogene Aufheizung des transparenten Materials des optischen Elements einstellen kann, welche zu Abbildungsfehlern führen kann. Die Kühleinrichtung kann beispielsweise eine oder mehrere Kühlelektroden aufweisen, welche am Rand des optischen Elements angebracht werden und eine lokale Kühlung ermöglichen. Eine gewisse Kühlung erfolgt auch durch die Immersionsflüssigkeit bzw. durch deren Austausch, sofern diese eine entsprechend geringe Temperatur aufweist.
Eine Weiterbildung der optischen Anordnung sieht vor, dass die
Temperiereinrichtung eine Heizeinrichtung zum Heizen des optischen
Elements, bevorzugt zum Heizen zumindest eines Teilbereichs der Schicht, insbesondere zum elektrischen (resistiven) Heizen zumindest eines
Teilbereichs der Schicht umfasst. Bei einer derartigen optischen Anordnung kann Verdunstungskälte, die möglicherweise in lokalisierten Teilbereichen des optischen Elements durch das Verdunsten von Resten der
Immersionsflüssigkeit entsteht, durch eine entsprechende Heizleistung kompensiert werden, die günstiger Weise in mindestens einen entsprechenden lokalen Teilbereich der Schicht eingebracht wird. Die Heizleistung kann auf besonders einfache Weise in die Schicht eingebracht werden, wenn diese aus einem elektrisch leitfähigen Material wie z.B. Graphen besteht. In diesem Fall können an dem optischen Element, genauer gesagt an der Schicht, zur elektrisch resistiven Heizung elektrische Kontakte angebracht sein, die der Stromzufuhr und Stromabfuhr in die jeweils zu heizenden Teilbereiche der Schicht dienen, die typischer Weise zwischen den Kontakten angeordnet sind. Bevorzugt ist auch eine Weiterbildung der optischen Anordnung, bei der diese weiter umfasst: ein lichtempfindliches Substrat, sowie eine
Immersionsflüssigkeit, die zwischen dem lichtempfindlichen Substrat und dem benachbart zum Substrat angeordneten letzten optischen Element und/oder zwischen dem vorletzten und dem letzten optischen Element des
Projektionsobjektivs eingebracht ist. Eine derart ausgebildete optische
Anordnung ermöglicht die Abbildung von kleinsten Strukturen mit hoher
Auflösung und Tiefenschärfe. Das letzte bzw. vorletzte optische Element weist typischer weise einen konisch geformten Volumenbereich auf und ist zumindest an einer Stirnseite des konisch geformten Volumenbereichs in die
Immersionsflüssigkeit eintaucht. Durch das Eintauchen der Stirnseite in die Immersionsflüssigkeit kann die optische Abbildung der optischen Anordnung verbessert werden.
Eine bevorzugte Ausführungsform der optischen Anordnung sieht vor, dass das Bauelement als Wafertisch zum Halten und Manipulieren eines
lichtempfindlichen Substrats ausgebildet ist. Bei der Immersionslithographie ist es üblich, dass sich die Immersionsflüssigkeit nicht nur zwischen dem
lichtempfindlichen Substrat und dem letzten optischen Element befindet, sondern dass auch der Wafertisch zumindest im Bereich des gehaltenen Substrats in die Immersionsflüssigkeit eintaucht. Die Immersionsflüssigkeit wird über Zu- und Abführkanäle gefördert, die in die Nähe des Substrats angebracht sind und die z.B. an dem Wafertisch selbst vorgesehen werden können. Nach dem Abfluss von Immersionsflüssigkeit z.B. für einen Austausch des
lichtempfindlichen Substrats ist es möglich, dass Reste der
Immersionsflüssigkeit an Teilen des Wafertisches verbleiben. Wird an dem Wafertisch in den benetzten Oberflächenbereichen eine Schicht mit
hydrpohoben Eigenschaften aufgebracht, so kann in vorteilhafter Weise das Zurückbleiben von Flüssigkeitsresten durch das Abperlen der Flüssigkeit vermieden werden. Gegebenenfalls kann die Schicht zumindest in einem Teilbereich hydrophile auch Eigenschaften aufweisen, um einen (dünnen) Flüssigkeitsfilm auf dem Wafertisch zu erhalten. Es versteht sich, dass auch andere Bauteile der optischen Anordnung, die potentiell mit dem
Immersionswasser in Berührung kommen können, mit einer Schicht versehen werden können, die wie oben beschrieben ausgebildet ist.
Schließlich ist es auch möglich, eine aus der GB 2470049 B bekannte Lehre im Rahmen einer der oben beschriebenen optischen Anordnungen anzuwenden. Die GB 2470049 B, welche durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht wird, lehrt, an einem optischen Element, welches während des Beiichtungsprozesses benachbart zu einer Immersionszone angeordnet ist, eine Flüssigkeit abweisende Einrichtung vorzusehen, welche zur Erzeugung eines elektrischen Feldes ausgebildet ist. Durch das elektrische Feld soll die Immersionsflüssigkeit derart beeinflusst werden, dass eine gerichtete abstoßende Kraft auf diese ausgeübt wird, um Teile der Immersionsflüssigkeit von einem Oberflächenbereich des optischen Elements fernzuhalten, der nicht mit der Immersionsflüssigkeit in Kontakt kommen soll. Wird die mindestens eine Schicht aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet, im vorliegenden Fall z.B. aus Graphen, kann diese als Teil der Flüssigkeit abweisenden Einrichtung bzw. zur Erzeugung des elektrischen Feldes dienen, und somit zu einer Beeinflussung der Immersionsflüssigkeit gemäß der GB 2470049 B verwendet werden, um während des Belichtungsbetriebes
Flüssigkeitsrückstände wie Tropfen oder dergleichen aktiv aus
Oberflächenbereichen entfernen, die nicht benetzt werden sollen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein optisches Element aus einem für UV-Strahlung transparenten Material, an dem mindestens eine Schicht angebracht ist, die ein Material enthält, dessen Kontaktwinkel mit Wasser wahlweise hydrophob oder hydrophil einstellbar ist. Ein solches optisches Element weist die oben im Zusammenhang mit der optischen Anordnung dargestellten Vorteile auf, so dass auf die Vorteile an dieser Stelle nicht mehr eingegangen wird. Bei einer Ausführungsform ist die Schicht aus Graphen gebildet bzw. die Schicht enthält Graphen, bei einer weiteren Ausführungsform enthält die Schicht Co3O4-Nanostäbchen-Arrays ais Schichtmaterial. Wie ebenfalls weiter oben beschrieben wurde, ist bei diesen Materialien eine gezielte Einstellung des Kontaktwinkels mit Wasser möglich. Es versteht sich, dass auch andere Materialien, welche eine derartige gezielte Einstellung des Kontaktwinkels ermöglichen, als Schichtmaterialien in Frage kommen. Insbesondere Graphen hat aber die zusätzliche Eigenschaft, bei der Benetzung mit Wasser besonders korrosionsbeständig zu sein.
Eine Ausführungsform des optischen Elements weist einen planen
Oberflächenbereich auf, an den sich ein konisch geformter Volumenbereich anschließt. Ein solches optisches Element wird bevorzugt als letztes bzw.
vorletztes optisches Element eines Projektionsobjektivs für die
Immersionslithographie verwendet. Der konisch geformte Linsenteil wird hierbei mit seiner Stirnseite mit der Immersionsflüssigkeit in Kontakt gebracht, um die numerische Apertur des Objektivs zu erhöhen. Das optische Element kann z.B. als planparallele Platte oder als Plankonvexlinse ausgebildet sein.
Bevorzugt ist auch eine Ausführungsform, bei der die Schicht aus Graphen in einem Bereich außerhalb des optisch freien Durchmessers, insbesondere an einer umlaufenden Mantelfläche des konisch geformten Volumenbereichs und/oder an dem planen Oberflächenbereich angeordnet ist. Bei der
Immersionslithographie kann der Bereich außerhalb des optisch freien
Durchmessers (z.B. zumindest ein Teilbereich der Mantelfläche des konisch geformten Linsenteils und/oder der plane Oberflächenbereich) mit einer hydrophoben Schicht versehen werden, um ein Abperlen der
Immersionsflüssigkeit bzw. eine Benetzung dieses Bereiches zu verhindern. Die umlaufende Mantelfläche des konischen Volumenbereichs bildet dann gewissermaßen einen hydrophoben Ring um den optisch freien Durchmesser, welcher an der Stirnseite gebildet ist.
Ist die Schicht aus Graphen in einem Bereich außerhalb des optisch freien Durchmessers angeordnet, so kann ferner in vorteilhafter Weise das Graphen als abschattende Schicht zum Schutz bzw. als Abschirmung für andere Komponenten, z.B. von Dichtungen etc. dienen, die potentiell von
Streustrahlung aus dem Inneren des optischen Elements getroffen werden können. In diesem Fall kann die Graphenschicht vergleichsweise dick ausgebildet sein, um eine Abschattung zu gewährleisten.
Der Bereich außerhalb des optisch freien Durchmessers kann jedoch auch in vorteilhafter Weise mit einer hydrophil eingestellten Material-Schicht versehen sein. Dies führt zu einer gleichmäßigen Benetzung dieses Bereichs, die auch nach einem möglichen Abfluss der Immersionsflüssigkeit bestehen bleibt. Durch die gleichmäßige Benetzung ist die Problematik der lokal auftretenden Verdunstungskälte verringert, da eine Verdunstung gleichmäßig über den gesamten (Oberflächen-)Bereich erfolgt und somit keine oder nur geringe lokale Unterschiede auftreten.
Die Schicht kann sich auch auf eine Stirnseite des konisch geformten
Volumenbereichs, insbesondere in einen Oberflächenbereich zum Durchtritt von UV-Strahlung, d.h. in den optisch freien Durchmesser erstrecken. Es kann z.B. ein den optisch freien Durchmesser umgebender, im Wesentlichen ringförmiger Oberflächenbereich an der Stirnseite mit einer Schicht versehen werden, an der das Schichtmaterial hydrophob oder ggf. hydrophil eingestellt werden kann. Gegebenenfalls kann auch im Bereich des optisch freien
Durchmessers eine in der Regel hydrophil eingestellte Schicht vorgesehen werden, um die Benetzung zu verbessern bzw. als Korrosionsschutzschicht zu dienen. Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Schicht mindestens einen
Oberflächenbereich auf, in dem der Kontaktwinkel ortsabhängig variiert. Ein solcher Bereich kann beispielsweise an einer Stirnseite des konischen
Volumenbereichs vorgesehen werden, wobei ausgehend von dem optisch genutzten Bereich, in dem das Schichtmaterial für die Benetzung mit Wasser hydrophil eingestellt ist, der Kontaktwinkel entlang der Stirnseite radial nach außen, d.h. zur angrenzenden Mantelfläche des konischen Volumenbereichs, möglichst kontinuierlich zunimmt und am Rand der Stirnseite, d.h. am
Übergang zur Mantelfläche, hydrophob eingestellt ist. Es versteht sich, dass das Vorsehen einer Schicht aus einem Material mit einstellbarem Kontaktwinkel nicht nur auf die hier beschriebenen Oberflächenbereiche beschränkt ist, sondern dass die Schicht grundsätzlich an jedem beliebigen
Oberflächenbereich des optischen Elements vorgesehen werden kann, z.B. auch auf der dem konischen Volumenbereich gegenüber liegenden Oberseite des optischen Elements.
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.
Zeichnungen
Ausführungsbeispiele sind in den schematischen Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigen:
Fig. 1a eine schematische Darstellung eines als Plankonvexlinse
ausgebildeten optischen Elements in einer perspektivischen Darstellung, eine Schnittdarstellung des optischen Elements von Fig. 1 a mit einer Schicht aus Graphen, die einen ersten hydrophob eingestellten und einen zweiten hydrophil eingestellten Oberflächenbereich aufweist, eine Schnittdarstellung des optischen Elements von Fig. 1 a mit einer Schicht aus Graphen, die einen zusammenhängenden Oberflächenbereich aufweist, dessen Benetzungseigenschaften ortsabhängig variieren, eine schematische Darstellung einer Projektionsbeiichtungsanlage für die Immersionslithographie mit dem optischen Element nach Fig. 1 b bzw. Fig. 1 c, eine schematische Darstellung analog Fig. 1 b mit einem weiteren optischen Element, das als planparallele Platte ausgebildet ist, eine schematische Darstellung eines Ausschnitts aus einem Projektionsobjektiv mit einer Temperiereinrichtung im Bereich des letzten optischen Elements, eine schematische Darstellung eines optischen Elements mit einer Heizeinrichtung zum Heizen des optischen Elements, eine schematische Darstellung eines Ausschnitts einer optischen Anordnung, die einen Wafertisch mit einer Schicht aus Graphen umfasst, und Fig. 7 eine schematische Darstellung eines Ausschnitts einer optischen
Anordnung, die einen Wafertisch mit einer Schicht aus Graphen sowie eine Einrichtung zum lokalen und dynamischen Aufbringen von Immersionsflüssigkeit aufweist.
In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen werden für gleiche bzw.
funktionsgleiche Bauteile identischen Bezugszeichen verwendet.
In Fig. 1a ist schematisch ein optisches Element 1 gezeigt, welches im vorliegenden Beispiel aus synthetischem, amorphem Quarzglas (SiO2) besteht, als Plankonvexlinse ausgebildet ist und eine plane Oberfläche 2 aufweist, an welche sich ein radial innen liegender konischer Linsenteil 3 anschließt. Der konische Linsenteil 3 weist eine umlaufende Mantelfläche 5 sowie eine plane Stirnseite 4 auf. Es versteht sich, dass optische Elemente für die
Immersionslitographie nicht zwingend die oben beschriebene plankonvexe Geometrie aufweisen müssen, ein konisch ausgeformter Volumenbereich 3 ist jedoch für derartige optische Elemente typisch. Das optische Element 1 kann auch aus einem anderen Material bestehen, welches oberhalb einer
Wellenlänge von 250 nm bzw. 193 nm transparent ist, beispielsweise aus kristallinem Quarzglas (SiO2), Bariumfluorid (BaF2) oder Germaniumdioxid (Ge02).
Fig. 1 b zeigt das als Plankonvexlinse ausgebildete optische Element 1 mit einer Schicht 6 aus Graphen, die einen ersten hydrophob eingestellten
Oberflächenbereich 7 und einen zweiten hydrophil eingestellten
Oberflächenbereich 8 aufweist. Die Schicht 6 aus Graphen erstreckt sich ausgehend von der Stirnseite 4 über die Mantelfläche 5 des konischen
Linsenteils 3 weiter über die plane Linsenfläche 2, wobei der hydrophil eingestellte Oberflächenbereich 8 auf der Stirnseite 4 des konischen Linsenteils 3 und der hydrophob eingestellte Oberflächenbereich 7 an der Mantelfläche 5 sowie an der planen Linsenfläche 2 gebildet ist. Es versteht sich, dass anders als in Fig. b gezeigt die Schicht 6 lediglich auf einen Oberflächenbereich der umlaufenden Mantelfläche 5 des konischen Volumenbereichs 3 beschränkt sein kann, welcher sich z.B. an die Stirnseite 4 anschließt und an dem die Schicht 6 hydrophobe Eigenschaften aufweist.
Es versteht sich auch, dass die Schicht 6 aus Graphen nicht wie in Fig. 1 b gezeigt unmittelbar auf das optische Element 1 bzw. auf das Substrat aufgebracht werden muss, sondern dass ggf. zwischen der Schicht 6 aus Graphen und dem jeweiligen Oberflächenbereich 2, 4, 5 des Substrats noch zusätzliche funktionelle Schichten vorgesehen sein können. Beispielsweise können (nicht dargestellte) zusätzliche Haftvermittlerschichten z.B. aus S1O2 oder aus einem anderen Material vorgesehen sein, um die Haftung der Schicht 6 zu verbessern. Gegebenenfalls kann an der Stirnseite 4 auch eine Antieflex- Beschichtung vorgesehen werden. Wie in Fig. 1 b zu erkennen ist, ist an der Stirnseite 4 ein Teilbereich 4a gebildet, durch den im Betrieb des optischen Elements 1 Strahlung gerichtet hindurch tritt und welcher als optisch freier Durchmesser bezeichnet wird (obwohl dieser Bereich nicht zwingend eine runde Geometrie aufweisen muss).
Durch die Hydrophobizität des ersten Oberflächenbereichs 7 der Schicht 6 aus Graphen wird der Bereich außerhalb der Stirnfläche 4, d.h. die konische Mantelfläche 5 des konisch geformten Linsenteils 3 sowie die plane
Linsenfläche 2 vor der Benetzung mit einer polaren Immersionsflüssigkeit, z.B. in Form von Reinstwasser, geschützt. Eine Benetzung des hydrophoben Oberflächenbereiches 7 wird somit verhindert. Die konische Mantelfläche 5 des konischen Linsenteils 3 bildet hierbei einen hydrophoben Ring um die Stirnseite 4 des optischen Elements 1 , an der eine Benetzung mit Immersionswasser gewünscht ist.
Da die hydrophil eingestellte Schicht 6 im Bereich der Stirnseite 4 auch den bereich 4a des optisch freien Durchmessers überdeckt, sollte die Schicht 6 zumindest in diesem Bereich 4a eine geringe Dicke von typischer Weise weniger als 10 nm, günstiger von weniger als 5 nm aufweisen. Im Idealfall ist die Schicht 6 aus Graphen zumindest im Bereich 4a des optisch freien
Durchmessers als Monolage ausgebildet. Auf diese Weise kann die Absorption der Schicht 6 für die hindurch tretende Strahlung gering gehalten werden. Das Aufbringen der Schicht 6 auch im Bereich 4a des optisch freien Durchmessers hat sich als günstig erwiesen, da Graphen als Korrorsions-Schutzschicht dienen kann, welche eine teilweise Ablösung des Linsenmaterials durch den Kontakt mit der Immersionsflüssigkeit verhindert, was sich insbesondere im Bereich des optisch freien Durchmessers 4a günstig auf die
Abbildungseigenschaften des optischen Elements 1 auswirkt.
Die Schicht 6 aus Graphen kann im ersten Oberflächenbereich 7 die Funktion einer abschattenden Schicht übernehmen, wenn sie ausreichend dick ausgebildet ist. Auf diese Weise wird verhindert, dass Streulicht aus dem Inneren des optischen Elements 1 durch den Oberflächenbereich außerhalb des optisch freien Durchmessers 4a auf weitere (nicht gezeigte) Bauteile, z.B. auf Dichtungen etc. trifft und deren Eigenschaften ungünstig beeinflusst. Damit die Schicht 6 aus Graphen als abschattende Schicht wirkt, sind üblicher Weise Schichtdicken von mindestens 1 μιτι erforderlich.
Zusätzlich oder alternativ zum Aufbringen der Schicht 6 auf die Oberflächen 2, 4, 5 der Linse 1 kann diese auch an einem Linsenrand, z.B. an einer zylinderförmig umlaufenden Seitenfläche, mit der Schicht 6 aus Graphen versehen werden. Hierdurch kann vermieden werden, dass bei einem in eine optische Anordnung eingebauten optischen Element 1 in einen Spalt zwischen dem optischen Element 1 und einer Halterung Wasser eindringen kann. Auch können an Stelle einer einzelnen Schicht 6 aus Graphen Beschichtungen mit mehreren Schichten zum Einsatz kommen. Die Schicht 6 kann gegebenenfalls auch zumindest in einem Teilbereich der konvex gekrümmten Oberfläche aufgebracht werden, welche dem konisch geformten Volumenbereich 3 gegenüber liegt. Der zweite Oberflächenbereich 8 der Schicht aus Graphen 6 im Bereich der Stirnseite 4 des konischen Linsenteils 3 weist hydrophile Eigenschaften auf. Der hydrophile Oberflächenbereich 8 stellt sicher, dass das optische Element 1 beim Kontakt mit Wasser eine gute Benetzung aufweist, wobei der
Kontaktwinkel bevorzugt bei weniger als 30°, besonders bevorzugt bei weniger als 5° liegt. Eine Reduzierung des Kontaktwinkels kann beispielsweise durch eine Behandlung der Schicht 6 mit einem Argon-Plasma oder durch ein
Ultraschallbad beim Aufbringen der Schicht 6 erzeugt werden.
Fig. 1c zeigt ein als Plankonvexlinse ausgebildetes optisches Element 1 mit einer Schicht 6 aus Graphen, die im dort gezeigten Beispiel einen
zusammenhängenden Oberflächenbereich 9 bildet, der ortsabhängig variierend hydrophobe und hydrophile Eigenschaften aufweist. Mit anderen Worten: Der zusammenhängende Oberflächenbereich 9 kann mit Wasser einen
ortsabhängig variierenden Kontaktwinkel zwischen 0° und 180° einnehmen. Die Schicht 6 aus Graphen erstreckt sich insgesamt ausgehend von der Stirnseite 4 über die Mantelfläche 5 des konischen Linsenteils 3 weiter über die plane Linsenfläche 2. Die Benetzbarkeit der Schicht 6 aus Graphen kann z.B. durch eine Argonplasmabehandlung von hydrophoben bis hin zu hydrophilen
Eigenschaften verändert werden. Es versteht sich, dass zwischen den Orten hydrophober und hydrophiler Wirkung Übergangsbereiche mit ortsabhängig variablem Kontaktwinkelverlauf vorgesehen sein können.
Beispielsweise kann in dem Bereich 4a des optisch freien Durchmessers das Graphen-Material hydrophil eingestellt werden und der Kontaktwinkel ausgehend von diesem Bereich 4a auf der Stirnseite 4 nach außen zur
Mantelfläche 5 kontinuierlich zunehmen. Alternativ kann auf das Vorsehen der Schicht 6 im Bereich 4a des optisch freien Durchmessers verzichtet werden. In diesem Fall kann die Schicht 6 ebenfalls einen ortsabhängig variierenden Kontaktwinkel aufweisen, oder der Kontaktwinkel kann z.B. konstant sein, so dass die Schicht 6 vollständig hydrophil bzw. hydrophob ist. Das Aufbringen der Schicht 6 aus Graphen auf das optische Element 1 kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. In der Regel wird das Graphen vor dem Einbau des optischen Elements 1 in eine Projektionsbelichtungsanlage aufgebracht. Insbesondere das Aufbringen des Graphens wie in dem eingangs zitierten Artikel„Transparent, Conductive Graphene Electrodes for Dye- Sensitized Solar Cells", Xuan Wang et al., Nano Letters 2008, vol. 8, No. 1 , Seiten 323-327 dargestellt sichert hierbei eine hohe Beständigkeit des
Graphens. Zum Verbessern der Beständigkeit des Graphens kann nach dem Aufbringen ein zusätzlicher Temperschritt erfolgen, bei dem das optische Element 1 auf Temperaturen von z.B. ca. 100°C aufgeheizt wird.
Auch das nachträgliche Anbringen von Graphen an einem bereits im Betrieb bzw. im eingebauten Zustand in einer Projektionsbelichtungsanlage
befindlichen optischen Element kommt in Frage, beispielsweise mittels eines aus der Literatur bekannten Transferverfahrens, wie es z.B. in dem Artikel „Wafer-Scale Synthesis and Transfer of Graphene Films", Youngbin Lee et al., Nano Letters, 2010, Vol. 10 (2), Seiten 490 bis 493, beschrieben ist. Verliert das Graphen im Laufe der Zeit seine hydrophilen Eigenschaften, kann an der bereits aufgebrachten Schicht eine Argonplasmabehandlung erfolgen, um den Kontaktwinkel wieder zu niedrigeren Werten zu verschieben.
Die Funktionsweise des optischen Elements 1 wird zweckmäßiger Weise im Zusammenhang mit dem Belichtungsbetrieb einer optischen Anordnung 10 für die Mikrolithographie beschrieben, wie sie in Fig. 2 in Form eines Wafer- Scanners zur Herstellung von hochintegrierten Halbleiterbauelementen gezeigt ist.
Die Optische Anordnung 10 umfasst als Lichtquelle einen Excimer-Laser 1 1 mit einer Arbeitswellenlänge von 193 nm, wobei auch andere Arbeitswellenlängen, beispielsweise 248 nm, möglich sind. Ein nachgeschaltetes Beleuchtungssystem 12 erzeugt in seiner Austrittsebene ein großes, scharf begrenztes, sehr homogen beleuchtetes und an die Telezentrie-Erfordernisse eines nachgeschalteten Projektionsobjektivs 13 angepasstes Bildfeld. Hinter dem Beleuchtungssystem 12 ist eine Einrichtung 14 zum Halten und Manipulieren einer (nicht gezeigten) Photomaske so angeordnet, dass diese in der Objektebene 15 des Projektionsobjektivs 13 liegt und in dieser Ebene zum Scanbetrieb in einer durch einen Pfeil 16 angedeutete Abfahrrichtung bewegbar ist.
Hinter der auch als Maskenebene bezeichneten Ebene 15 folgt das
Projektionsobjektiv 13, das ein Bild der Photomaske mit reduziertem Maßstab, beispielsweise im Maßstab 4:1 oder 5:1 oder 10:1 , auf einen mit einer
Photoresistschicht belegten Wafer 17 abbildet. Der als lichtempfindliches Substrat dienende Wafer 17 ist so angeordnet, dass die ebene
Substratoberfläche 18 mit der Photoresistschicht im Wesentlichen mit der Bildebene 19 des Projektionsobjektivs 13 zusammenfällt. Der Wafer 17 wird durch eine Einrichtung 20 gehalten, die einen Scannerantrieb umfasst, um den Wafer 17 synchron zur Photomaske und parallel zu dieser zu bewegen. Die Einrichtung 20 umfasst auch Manipulatoren, um den Wafer sowohl in z- Richtung parallel zu einer optischen Achse 21 des Projektionsobjektivs, als auch in x- und y-Richtung senkrecht zu dieser Achse zu verfahren.
Das Projektionsobjektiv 13 hat als der Bildebene 19 benachbartes Abschlusselement das optische Element 1 von Fig. 1 b oder Fig. 1 c, d.h. eine
transparente Plankonvexlinse mit einem konischen Linsenteil 3, dessen
Stirnseite 4 die letzte optische Fläche des Projektionsobjektivs 13 bildet und welche in einem Arbeitsabstand oberhalb der Substratoberfläche 18
angeordnet ist. Zwischen der Stirnseite 4 und der Substratoberfläche 18 ist eine Immersionsflüssigkeit 22, im vorliegenden Fall Wasser, genauer gesagt Reinstwasser, angeordnet, welche die ausgangsseitige numerische Apertur des Projektionsobjektivs 13 erhöht. Mittels der Immersionsflüssigkeit 22 kann die Abbildung von Strukturen auf der Photomaske mit einer höheren Auflösung und Tiefenschärfe erfolgen als dies möglich ist, wenn der Zwischenraum zwischen dem optischen Element 1 und dem Wafer 17 mit einem Medium mit einer geringeren Brechzahl, z.B. Luft, ausgefüllt ist. Der Spalt, der den Zwischenraum ausbildet, ist in der Regel zwischen 2 mm und 4 mm groß.
Es versteht sich, dass optische Elemente 1 mit einer Schicht 6 wie oben beschrieben neben der Verwendung als Abschlusselement von
Prokjektionsobjektiven 13 für die Mikroiithographie auch in anderen Bereichen vorteilhaft verwendet werden können, und zwar immer dann, wenn in einer optischen Anordnung ein optisches Element 1 vorgesehen ist, welches zumindest teilweise in eine Flüssigkeit 22 eingetaucht werden soll. Es versteht sich, dass auch andere Materialien, welche einen einstellbaren Kontaktwinkel mit Wasser aufweisen, zur Ausbildung der Schicht 6 in Frage kommen, beispielsweise Co304-Nanostäbchen-Arrays, bei denen ebenfalls eine
Einstellung des Kontaktwinkels von (super-)hydrophil bis (super-)hydrophob möglich ist.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines endseitigen Abschnitts eines Projektionsobjektivs 13 mit einem optischen Element 1 in Form einer
Plankonvexlinse, welches als vorletztes optisches Element des
Projektionsobjektivs 3 dient. Als letztes optisches Element ist in dem
Projektionsobjektiv 13 ein plattenartiges optisches Element 1a angebracht. Das Projektionsobjektiv 13 entspricht im Wesentlichen dem Aufbau, wie er in der US 7,697,1 1 1 B2 beschrieben ist, welche durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht wird. Für Details des Aufbaus des Projektionsobjektivs 13 sei auf die US 7,697,1 1 1 B2 verwiesen.
Im vorliegenden Beispiel ist sowohl zwischen der Platte 1 a als letztem optischen Element und dem (in Fig. 3 nicht gezeigten) Substrat als auch zwischen dem letzten optischen Element 1a und dem vorletzten optischen Element 1 eine Immersionsflüssigkeit 22 in Form von Reinstwasser
angeordnet. Das plattenförmige optische Element 1 a weist ebenfalls einen konischen Volumenbereich auf, der mit seiner Stirnseite in die
Immersionsflüssigkeit 22 eintaucht. Bei dem in Fig. 3 gezeigten Beispiel ist die Schicht 6 lediglich im Bereich der umlaufenden Mantelfläche 5 des jeweiligen optischen Elements 1 , 1 a aufgebracht und weist in beiden Fällen hydrophile Eigenschaften auf. Auf diese Weise kommt es an der Mantelfläche 5 zu einer dauerhaften Benetzung, die auch nach dem Abfluss der Immersionsflüssigkeit 22 erhalten bleibt. Zusätzlich kann die hydrophile Schicht 6 auch an der jeweiligen Stirnseite des optischen Elements 1 , 1 a vorgesehen werden, wobei die Schicht 6 auf den Bereich außerhalb des optisch freien Durchmessers beschränkt bleiben kann oder sich wie oben beschrieben in den Bereich des optisch freien Durchmessers hinein erstrecken kann.
Zusätzlich kann auch auf der Oberseite des piattenförmigen Elements 1 a eine Schicht 6 mit hydrophilen Eigenschaften aufgebracht werden, um die
Benetzung mit der Immersionsflüssigkeit 22 zu verbessern. Wie in Fig. 3 ebenfalls zu erkennen ist, kann die Schicht 6 im Bereich der Mantelfläche 5 dick aufgetragen werden, so dass Bauteile wie z.B. Dichtungen 24 vor
Streustrahlung aus dem Inneren des jeweiligen optischen Elements 1 , 1 a geschützt werden.
In Fig. 4 ist ein Teilbereich eines Projektionsobjektivs 13 mit einem Ausbruch gezeigt, sodass ein als Abschlusselement im Inneren des Projektionsobjektivs 13 angeordnetes optisches Element 1 in Form einer Plankonvexlinse erkennbar ist. Um während des Betriebs des Projektionsobjektivs 13 aufgetretene Wärme aus dem optischen Element 1 ableiten zu können, ist eine als Kühleinrichtung 40 ausgebildete Temperiereinrichtung am Projektionsobjektiv 13 vorgesehen. Die Kühleinrichtung 40 umfasst Kühlelemente 41 , die mit dem optischen Element 1 in Kontakt stehen und die im Bereich einer Halterung 42 des optischen Elements 1 vorgesehen sind, um einen guten Wärmeübergang sicherzustellen.
Die Kühleinrichtung 40 weist ferner eine (nicht dargestellte) Sensorik sowie eine Regelungseinrichtung 43 auf, um durch die Wärmeabfuhr eine möglichst konstante Temperatur innerhalb des optischen Elements 1 zu erreichen.
Alternativ oder zusätzlich kann die Kühleinrichtung 40 auch Kühleinheiten, z.B. in Form von Kühlelektroden, am Rand des optischen Elements 1 , insbesondere im Bereich des konisch geformten Linsenteils 3 aufweisen. Letzteres ist insbesondere günstig, wenn die Schicht 6 auf der Stirnseite 4 auch im Bereich des optisch freien Durchmessers aufgebracht ist, da in diesem Fall die bei der Absorption von UV-Strahlung in der Schicht 6 erzeugte Wärme abgeführt werden kann.
Fig. 5 zeigt des Weiteren eine als Heizeinrichtung 50 ausgebildete
Temperiereinrichtung, mit der Teilbereiche 51 der Schicht 6 aus Graphen, die im vorliegenden Fall im unteren Bereich der Mantelfläche des konisch geformten Volumenbereichs 3 angebracht ist, lokal aufgeheizt werden können. Die Heizeinrichtung 50 ist im vorliegenden Beispiel analog zu Fig. 4 im Bereich des Projektionsobjektivs 13 angeordnet, in dem auch die Halterung für das optische Element 1 vorgesehen ist. Die Heizeinrichtung 50 weist eine
Stromquelle 52 zur Erzeugung eines Stromflusses durch die Schicht 6 aus Graphen auf, welche zu einer Aufheizung des Graphens führt. Die
Heizeinrichtung 50 weist ferner eine (nicht dargestellte) Sensorik sowie eine Regelungseinrichtung auf, um gegebenenfalls durch Verdunstungskälte lokal auftretende Wärmesenken im optischen Element 1 durch eine gezielte, lokale Wärmezufuhr auszugleichen.
Um besonders einfach mit der Heizeinrichtung 50 zusammenzuarbeiten, weist das in Fig. 5 in einer Draufsicht dargestellte optische Element 1 drei elektrische Kontakte 53 (Anschlusselektroden) auf, welche mit der Schicht 6 verbunden sind. Die Kontakte 53 stehen über drei auf dem optischen Element 1
verlaufenden Leiterbahnen 54 mit drei unterschiedlichen Anschlüssen der Stromquelle 52 in Verbindung. Zwischen jeweils zwei der Anschlüsse kann eine Spannung angelegt werden, um einen Stromfluss durch die Schicht 6 in einem jeweiligen Teilbereich 51 zu ermöglichen, der zwischen den zwei aktiven, benachbarten Elektroden 53 gebildet ist. Zur Heizung der lokalen
Wärmezufuhrbereiche 51 wird ein Strom lokal durch das Graphen geleitet, sodass sich aufgrund des Leitungswiderstandes eine Wärmeentwicklung einstellt (resistives Heizen). Auf diese Weise kann jeweils ein sich über ca. 20° erstreckender Teilbereich 51 der Schicht 6 bzw. des optischen Elements 1 gezielt aufgeheizt werden, um eine dort ggf. vorhandene Wärmesenke gezielt zu kompensieren. Es versteht sich, dass an Stelle von drei elektrischen
Kontakten eine Vielzahl von Kontakten 53 vorgesehen sein kann, um ein verfeinertes Muster lokaler Wärmezufuhrbereiche 51 zu erhalten. Es versteht sich weiterhin, dass die Schicht 6 aus Graphen sich anders als in Fig. 5 gezeigt auch vollständig über den konischen Linsenteil 3 und beispielsweise weiter über den planen Oberflächenbereich 2 erstrecken kann.
Fig. 6 zeigt einen Ausschnitt eines Projektionsobjektivs 13 einer optischen Anordnung für die Immersionslithographie, bei welcher der Wafer 17 auf einem Wafertisch 60 gelagert ist, an dem eine Schicht 6 aus Graphen gebildet ist. Der Wafertisch 60 ist zum Halten und Manipulieren des lichtempfindlichen
Substrats 17 bzw. Wafers ausgebildet und die Schicht 6 aus Graphen weist im vorliegenden Beispiel hydrophobe Eigenschaften auf.
Wie aus Fig. 6 ersichtlich, kann sich die Immersionsflüssigkeit 22 nicht nur zwischen dem lichtempfindlichen Substrat 17 und dem letzten optischen Element 1 befinden, sondern darüber hinaus große Teile an der Oberseite des Wafertisches 60 bedecken, welcher zur Aufnahme der Immersionsflüssigkeit 22 einen umlaufenden Rand 63 aufweist. Der Wafertisch 60 bildet hierbei eine Art Becken, das mit der Immersionsfiüssigkeit 22 gefüllt ist und in das das Substrat 17 zumindest an seiner Oberseite eingetaucht ist.
Die Immersionsfiüssigkeit 22 wird über Zu- und Abführkanäle 61 , 62 des Wafertischs 60 in das Becken gefördert. Die hydrophobe Schicht 6 aus
Graphen am Wafertisch 60 vermeidet das Zurückbleiben von Flüssigkeitsresten nach einem Abfluss der Immersionsfiüssigkeit 22 aus dem beckenförmigen Bereich. Um dies zu erreichen sollte der Kontaktwinkel der hydrophoben Schicht 6 mit dem Immersionswasser größer sein als der Kontaktwinkel, den das Immersionswasser mit den Zu- und Abführkanälen 61 , 62 einschließt. Es versteht sich, dass zusätzlich oder alternativ auch weitere Bauelemente, welche mit der Immersionsfiüssigkeit 22 in Berührung kommen können, zumindest in einem Teilbereich mit einer Schicht 6 versehen werden können, welche wie oben beschrieben ausgebildet ist, und zwar insbesondere in Bereichen, die abwechselnd von Immersionswasser benetzt werden und trockenliegen.
Schließlich zeigt Fig. 7 ausschnittsweise ein Projektionsobjektiv 13 sowie einen auf einem Wafertisch 60 gelagerten, als lichtempfindliches Substrat dienenden Wafer 17, wobei sich die in Fig. 7 gezeigte Anordnung von der in Fig. 6 gezeigten Anordnung im Wesentlichen dadurch unterscheidet, dass die
Ausdehnung der Immersionsfiüssigkeit 22 auf einen Bereich 72 zwischen dem Wafer 17 und dem letzten optischen Element 1 des Projektionsobjektivs 13 beschränkt ist. Der Wafer 17 ist hierbei so angeordnet, dass seine ebene Substratoberfläche 18 im Wesentlichen mit der Bildebene 19 des Projektionsobjektivs 13 zusammenfällt. Der Wafertisch 60 und mit ihm der Wafer 17 ist mittels einer nicht dargestellten Verschiebe-Einrichtung in X-Richtung verfahrbar, so dass bei der Belichtung unterschiedliche Bereiche auf dem Wafer 17 angefahren werden können.
Durch eine Zuführeinrichtung 70 und eine Absaugeinrichtung 71 wird die Immersionsfiüssigkeit 22 einerseits dem Bereich 72 zwischen dem letzten optischen Element 1 und dem Wafer 17 zugeführt und andererseits aus diesem abgesaugt, so dass die Immersionsflüssigkeit 22 auch während der Bewegung des Wafertisches 60 auf den Bereich 72 zwischen der Zuführeinrichtung 70 und der Absaugeinrichtung 71 begrenzt bleibt. Die Absaugeinrichtung 71 arbeitet in der Regel mit einem Unterdruck gegenüber der Umgebung, sodass die Immersionsflüssigkeit 22 leicht über einen Einlass 73 aufgenommen werden kann. Dadurch kann ein kontinuierlicher (und dynamischer) Austausch der Immersionsflüssigkeit 22 erfolgen, die auf den gerade zur Belichtung verwendeten Teilbereich der Substratoberfläche 18 begrenzt bleibt.
Die lokale Benetzung im Bereich 72 bietet den Vorteil, dass nur kleine Mengen an Immersionsflüssigkeit 22 bei der Verschiebung des Wafertisches 60 beschleunigt werden müssen. Damit kommt es nicht zu unerwünschten
Turbulenzen in der Immersionsflüssigkeit 22 und auch eine Wellenbildung aufgrund der Trägheit der Immersionsflüssigkeit 22 kann vermieden werden.
An dem Wafertisch 60, genauer gesagt an seiner Oberseite 64, ist im vorliegenden Beispiel eine Schicht 6 aus Graphen gebildet, welche hydrophobe Eigenschaften aufweist. Auf diese Weise kann beispielsweise bei einer ruckartigen Bewegung des Wafertischs 60 und/oder beim Austausch des Wafers 17 gegen einen anderen Wafer (z.B. in X-Richtung) verhindert werden, dass Teile der Immersionsflüssigkeit, die nicht von der Absaugeinrichtung 71 aufgenommen werden und auf einen nicht vom Wafer 17 bedeckten Bereich der Oberseite 64 des Wafertisches 60 gelangen, diese in unerwünschter Weise benetzen.
Hierbei erweist es sich als günstig, dass der Wafertisch 60 in der Regel während des Betriebs verschoben und beschleunigt wird, wobei aufgrund der hydrophoben Eigenschaften der Schicht 6 die Reste der Immersionsflüssigkeit 22 auf der Oberseite 64 des Wafertisches 60 aufgrund der Trägheit nicht mit beschleunigt werden und somit entgegen der Beschleunigungsrichtung des Wafertisches 60 bewegt werden bzw. zurück bleiben. Auf diese Weise können die Flüssigkeitsreste bis zum Rand des Wafertisches 60 gelangen und dort abperlen oder ggf. mittels einer geeigneten Auffang-Einrichtung aufgefangen werden. Um eine möglichst hohe Beweglichkeit der Flüssigkeitstropfen auf der Oberfläche 64 sicherzustellen, sollte der Kontaktwinkel der hydrophoben Schicht 6 mit dem Immersionswasser 22 ausreichend groß gewählt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Optische Anordnung für die Immersionslithographie, insbesondere
Projektionsbelichtungsanlage (10), umfassend:
mindestens ein Bauelement (1 , 1 a, 60), welches beim Betrieb der optischen Anordnung (10) zumindest teilweise mit Wasser als Immersionsflüssigkeit (22) benetzt ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass das mindestens eine Bauelement (1 , 1 a, 60) mindestens eine Schicht
(6) aufweist, die ein Material enthält, dessen Kontaktwinkel mit der
Immersionsflüssigkeit (22) wahlweise hydrophob oder hydrophil einstellbar ist.
2. Optische Anordnung nach Anspruch 1 , bei welcher die Schicht (6) Graphen enthält.
3. Optische Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher die Schicht (6) Co3O4-Nanostäbchen-Arrays enthält.
4. Optische Anordnung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 , insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher das mindestens eine Bauelement (1 , 1 a) mindestens eine Schicht (6) mit mindestens einem hydrophilen Oberflächenbereich (8) aufweist.
5. Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei
welcher die Schicht (6) mindestens einen hydrophoben Oberflächenbereich
(7) aufweist.
6. Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Schicht (6) mindestens einen Oberflächenbereich (9) aufweist, an dem der Kontaktwinkel ortsabhängig variiert.
7. Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei
welcher das Bauteil als optisches Element (1 , 1 a) aus einem für
Wellenlängen im UV-Bereich transparenten Material gebildet ist.
8. Optische Anordnung nach Anspruch 7, weiter umfassend:
ein Projektionsobjektiv (13) zur Ausbildung einer Struktur auf einem lichtempfindlichen Substrat (17), wobei das optische Element (1 , 1a) in dem Projektionsobjektiv (13) vorgesehen ist und das in Projektionsrichtung letzte oder vorletzte optische Element (1 , 1 a) bildet.
9. Optische Anordnung nach Anspruch 8, bei welcher an dem optischen
Element (1 ) ein Oberflächenbereich (4a) zum Durchtritt von Strahlung des Projektionsobjektivs (13) gebildet ist, der von der Schicht (6) überdeckt ist.
10. Optische Anordnung nach Anspruch 9, bei welcher die Schicht (6)
zumindest in dem Oberflächenbereich (4a) zum Durchtritt von Strahlung aus Graphen gebildet ist, welches eine Dicke von höchstens 10 nm aufweist.
1 1 . Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, weiter
umfassend: eine Temperiereinrichtung (40, 50) zum Temperieren des mindestens einen optischen Elements (1 ).
12. Optische Anordnung nach Anspruch 1 1 , bei der die Temperiereinrichtung eine Kühleinrichtung (40) zum Kühlen zumindest eines Teilbereichs des optischen Elements (1 ) umfasst.
13. Optische Anordnung nach Anspruch 1 1 oder 12, bei dem die Temperiereinrichtung eine Heizeinrichtung (50) zum Heizen des optischen Elements (1 ), bevorzugt zumindest eines Teilbereichs (51 ) der Schicht (6), insbesondere zum elektrischen resistiven Heizen zumindest eines
Teilbereichs (51 ) der Schicht (6), umfasst.
14. Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, weiter
umfassend:
ein lichtempfindliches Substrat (17), sowie Wasser als Immersionsflüssigkeit (22), welche zwischen dem lichtempfindlichen Substrat (17) und dem benachbart zum Substrat (17) angeordneten optischen Element (1 ; 1 a) und/oder zwischen dem letzten und dem vorletzten optischen Element (1 , 1 a) des Projektionsobjektivs (13) eingebracht ist.
15. Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Bauelement als Wafertisch (60) zum Halten und Manipulieren eines lichtempfindlichen Substrats (17) ausgebildet ist.
16. Optisches Element (1 , 1 a) aus einem für UV-Strahlung transparenten
Material,
dadurch gekennzeichnet,
dass an dem optischen Element (1 , 1 a) mindestens eine Schicht (6) angebracht ist, die ein Material enthält, dessen Kontaktwinkel mit Wasser wahlweise hydrophob oder hydrophil einstellbar ist.
17. Optisches Element nach Anspruch 16, bei welchem die Schicht (6) Graphen enthält.
18. Optisches Element nach Anspruch 16 oder 17, bei welchem die Schicht (6) Co3O4-Nanostäbchen-Arrays enthält.
19. Optisches Element nach einem der Ansprüche 16 bis 18, welches einen planen Oberflächenbereich (2) aufweist, an den sich ein konisch geformter Volumenbereich (3) anschließt.
20. Optisches Element nach Anspruch 19, bei welchem die Schicht (6) an einer konischen Mantelfläche (5) des konisch geformten Volumenbereichs (3) und/oder an dem planen Oberflächenbereich (2) gebildet ist.
21 . Optisches Element nach Anspruch 19 oder 20, bei welchem die Schicht (6) sich auf eine Stirnseite (4) des konisch geformten Volumenbereichs (3), insbesondere in einen Oberflächenbereich (4a) zum Durchtritt von UV- Strahlung, erstreckt.
22. Optisches Element nach einem der Ansprüche 16 bis 21 , welches
mindestens einen Oberflächenbereich (9) aufweist, an dem der
Kontaktwinkel ortsabhängig variiert.
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