Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Prioritäten der deutschen Patentanmeldungen DE 10 2022 114 974.9, angemeldet am 14. Juni 2022 und DE 10 2022 131 353.0, angemeldet am 28. November 2022. Der Inhalt dieser DE-Anmeldungen wird durch Bezugnahme ("incorporation by reference") mit in den vorliegenden Anmeldungstext aufgenommen.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Heizen eines optischen Elements in einem optischen System, insbesondere in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, sowie ein optisches System.

Stand der Technik

Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise oder LCD’s, angewendet. Der Mikrolitho- graphieprozess wird in einer sogenannten Projektionsbelichtungsanlage durchgeführt, welche eine Beleuchtungseinrichtung und ein Projektionsobjektiv aufweist. Das Bild einer mittels der Beleuchtungseinrichtung beleuchteten Maske (= Retikel) wird hierbei mittels des Projektionsobjektivs auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes und in der Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnetes Substrat (z.B. ein Siliziumwafer) projiziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen. In für den EUV-Bereich ausgelegten Projektionsobjektiven, d.h. bei Wellenlängen von z.B. etwa 13 nm oder etwa 7 nm, werden mangels Verfügbarkeit geeigneter lichtdurchlässiger refraktiver Materialien Spiegel als optische Komponenten für den Abbildungsprozess verwendet.

Ein in der Praxis auftretendes Problem ist, dass infolge von Fertigungsschwankungen der Spiegel sowie auch einer endlichen Präzision von beim Zusammenbau der Projektionsbelichtungsanlage durchzuführenden Montage- bzw. Justageprozessen unvermeidliche optische Aberrationen aufgrund vorhandener Abweichungen vom idealen Optikdesign resultieren. Zur Korrektur solcher (auch als "Kaltaberrationen" bezeichneten) optischen Aberrationen ist es - neben der gezielten Aktuierung der jeweiligen Spiegel in ihren Starrkörper-Freiheitsgraden - ein möglicher Ansatz, die Spiegel unter Verwendung einer (z.B. Infrarotstrahlung einkoppelnden) Heizanordnung gezielt mit einem geeigneten Heizprofil zu beaufschlagen, um über die auf diese Weise erzielte thermisch induzierte Deformation eine Korrektur der optischen Kaltaberrationen zu erreichen.

Ein weiteres in der Praxis auftretendes Problem ist, dass die EUV-Spiegel u.a. infolge Absorption der von der EUV-Lichtquelle emittierten Strahlung eine (auch als "Mirror Heating" bezeichnete) Erwärmung und eine damit einhergehende thermische Ausdehnung bzw. Deformation erfahren, welche wiederum eine Beeinträchtigung der Abbildungseigenschaften des optischen Systems zur Folge haben kann. Zur Vermeidung von durch Wärmeeinträge in einen EUV-Spiegel verursachten Oberflächendeformationen und damit einhergehenden optischen Aberrationen ist es unter anderem bekannt, als Spiegelsubstratmaterial ein Material mit ultraniedriger thermischer Expansion ("Ultra-Low-Expansion-Mate- rial"), z.B. ein unter der Bezeichnung ULE™ von der Firma Corning Inc. vertriebenes Titanium-Silicatglas, zu verwenden und in einem der optischen Wirkfläche nahen Bereich die sogenannte Nulldurchgangstemperatur (ZCT = "Zero- Crossing-Temperatur") einzustellen. Bei dieser Zero-Crossing-Temperatur, welche z.B. für ULE™ bei etwa = 30°C liegt, weist der thermische Ausdehnungskoeffizient in seiner Temperaturabhängigkeit einen Nulldurchgang auf, in dessen Umgebung keine oder nur eine vernachlässigbare Abhängigkeit der thermischen Ausdehnung des Spiegelsubstratmaterials von auftretenden Temperaturvariationen gegeben ist. Des Weiteren kann durch Einsatz einer Heizanordnung (z.B. auf Basis von Infrarotstrahlung) in Phasen vergleichsweise geringer Absorption von EUV-Nutzstrahlung eine aktive Spiegelerwärmung erfolgen, wobei diese aktive Spiegelerwärmung mit steigender Absorption der EUV-Nutzstrahlung entsprechend zurückgefahren wird.

Hierbei tritt nun in der Praxis das weitere Problem auf, dass die vorstehend beschriebenen Ansätze zur Korrektur von "Kaltaberrationen" einerseits und zur Vermeidung von im Betrieb des optischen Systems durch die Beaufschlagung mit EUV- bzw. Nutzlicht im jeweiligen Spiegel (d.h. das "Mirror Heating") induzierten Deformationen andererseits insofern gegenläufige bzw. einander widersprechende Anforderungen beinhalten, als - wie in dem schematischen Diagramm von Fig. 3a angedeutet - die für die beiden Ansätze jeweils günstigen bzw. favorisierten Temperaturbereiche bzw. Sollwerte sich voneinander unterscheiden. So ist für die Vermeidung von im Betrieb des optischen Systems durch EUV-Strahlung thermisch induzierten optischen Aberrationen ein Temperaturfenster im Bereich der o.g. Nulldurchgangstemperatur (= ZCT) wünschenswert, vgl. den in Fig. 3a mit 300 bezeichneten im Hinblick auf "Mirror Heating" (MH) favorisierten Sollwert, in welchem die auftretenden thermisch induzierten Deformationen möglichst insensitiv in Bezug auf lokale Temperaturvariationen an unterschiedlichen Spiegelpositionen sind. Dagegen ist für die angestrebte Korrekturwirkung hinsichtlich der "Kaltaberrationen" eine Erwärmung des jeweiligen Spiegels in einen Temperaturbereich erforderlich, vgl. den in Fig. 3a mit 302 bezeichneten, im Hinblick auf die Kaltaberration favorisierten Sollwert, in welchem der Spiegel in seiner Deformation hinreichend sensitiv auf zusätzliche Wärmeeinstrahlung ist, wodurch dann jedoch die im Betrieb durch die Beaufschlagung mit EUV-Licht induzierten Aberrationen bzw. der Einfluss des o.g. "Mirror Heating" wiederum verstärkt werden.

Auch bei Einstellung der von einem thermischen Manipulator in den Spiegel eingebrachten Heizleistung auf einen Sollzustand, in welchem neben den zu kompensierenden Kaltaberrationen bereits die im Betrieb des optischen Systems auf den Spiegel durch auftreffendes Nutzlicht wirkende Wärmelast berücksichtigt ist und bei dem insoweit - wie in Fig. 3b anhand eines mit 304 bezeichneten optimierten Sollwerts des Sektorheizers angedeutet - die vom thermischen Manipulator erzeugte Heizleistung zunächst mit Blick sowohl auf die Kaltaberrationen als auch auf den Aspekt des "Mirror Heating" optimiert wird, tritt das weitere Problem auf, dass infolge der prinzipbedingten Abkehr von der o.g. Nulldurchgangstemperatur (ZCT) die mit der EUV-Last im Betrieb einhergehende Temperaturerhöhung unweigerlich zu transienten bzw. sich vom Betriebsbeginn (d.h. Startzeitpunkt) an zeitlich verändernden Aberrationen führt, vgl. die in Fig. 3b bei 306 hervorgehobene Verstärkung der MH-induzierten Aberrationen, wodurch die Leistungsfähigkeit des optischen Systems bzw. der Projektionsbelichtungsanlage beeinträchtigt wird.

Zum Stand der Technik wird lediglich beispielhaft auf DE 10 2019 219 289 A1 verwiesen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Heizen eines optischen Elements, insbesondere in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, sowie ein optisches System bereitzustellen, welche eine wirksame Vermeidung von durch Wärmeeinträge in dem optischen Element verursachten Oberflächendeformationen und damit einhergehenden optischen Aberrationen ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren bzw. das optische System gemäß den Merkmalen der nebengeordneten Patentansprüche gelöst.

Gemäß einem Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Heizen eines optischen Elements in einem optischen System, insbesondere einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, wobei in das optische Element zur Erzeugung einer thermisch induzierten Deformation eine Heizleistung unter Verwendung eines thermischen Manipulators eingebracht wird; wobei diese Heizleistung vor Aufnahme eines Betriebs des optischen Systems, in welchem Nutzlicht auf das optische Element trifft, im Hinblick auf einen Sollzustand des optischen Elements eingestellt wird, in welchem eine erste optische Aberration wenigstens teilweise kompensiert wird; und wobei nach Aufnahme des Betriebs des optischen Systems eine Regelung der Heizleistung auf den Sollzustand in Abhängigkeit von der Wärmelast des auf das optische Element treffenden Nutzlichts erfolgt, wobei die Regelung derart erfolgt, dass die mittlere Temperatur des optischen Elements bis auf eine maximale Abweichung von 0.5 K, insbesondere von maximal 0.2 K, konstant bleibt.

Die erste optische Aberration kann insbesondere wenigstens teilweise ferti- gungs- oder justagebedingt sein. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt, so dass die erste optische Aberration auch durch andere Fehlerquellen verursacht sein kann.

Die Erfindung geht in Ausführungsformen zunächst von dem Ansatz aus, im Hinblick auf die eingangs erläuterte Grundproblematik gegenläufiger bzw. einander widersprechender Anforderungen an den für eine Korrektur von Kaltaberrationen favorisierten Temperaturbereich einerseits und den für eine Kompensation des Einflusses von "Mirror Heating" favorisierten Temperaturbereich andererseits schon bei Festlegung eines geeigneten Satzes von Sollwerten der durch einen thermischen Manipulator in das optische Element eingebrachten Heizleistung bereits beide Aspekte "Korrektur von Kaltaberrationen" und "Kompensation des Einflusses von Mirror Heating" einzubeziehen. Dies erfolgt, indem bereits bei der Einstellung der Heizleistung zusätzlich zur Korrektur der o.g. "Kaltaberrationen" die entsprechende Auswirkung der Heizleistung auf die im eigentlichen Betrieb des optischen Elements bzw. des dieses Element aufweisenden optischen Systems infolge auftreffenden Nutzlichts erzeugte optische Aberration (insbesondere im Wege einer "Co-Optimierung") berücksichtigt wird.

Die Erfindung ist hinsichtlich der konkreten Ausgestaltung des thermischen Manipulators, also der Art und Weise der Einbringung von Heizleistung in das optische Element, nicht weiter eingeschränkt. Lediglich beispielhaft kann etwa die Einbringung der Heizleistung in für sich bekannter Weise über Infrarot (IR)- Strahler erfolgen, wobei insbesondere auch einzelne Sektoren durch die Einstellung entsprechender Heizprofile mit IR-Strahlung beaufschlagt werden können. Hierzu kann z.B. eine in DE 10 2019 219 289 A1 beschriebene Heizanordnung verwendet werden. Alternativ kann die Einbringung der Heizleistung auch über mit elektrischer Spannung beaufschlagbare, an dem zu heizenden optischen Element bzw. Spiegel angeordnete Elektroden erfolgen.

Dabei soll durch die Formulierung "Satz von Sollwerten" zum Ausdruck kommen, dass der thermische Manipulator gegebenenfalls auch gezielt einzelne Sektoren durch die Einstellung entsprechender Heizprofile mit IR-Strahlung (z.B. mit der in DE 10 2019 219 289 A1 beschriebenen Heizanordnung) beaufschlagen kann. Insofern umfasst der "Satz von Sollwerten" für die Heizleistung des thermischen Manipulators gegebenenfalls einen Wert für jeden der Sektoren (nach Art eines Vektors mit einer Mehrzahl von Komponenten).

Die (z.B. fertigungs- oder justagebedingte) erste optische Aberration kann durch das optische Element selbst oder auch anderenorts im optischen System (z.B. durch ein anderes optisches Element) bewirkt werden.

Von dem o.g. Ansatz ausgehend liegt der Erfindung nun das weitere Konzept zugrunde, die wie zuvor beschrieben insbesondere im Hinblick auf die Korrektur von Kaltaberrationen zu Betriebsbeginn eingestellte Heizleistung des thermischen Manipulators im Betrieb des optischen Systems nicht etwa zeitlich konstant zu halten, sondern vielmehr in Abhängigkeit von der Wärmelast des auf das optische Element treffenden Nutzlichts nachzuregeln. Dabei unterscheidet sich das erfindungsgemäße Konzept in Ausführungsformen insbesondere von herkömmlichen Vorheiz-Ansätzen ("Preheating") dadurch, dass während des Betriebs des optischen Systems nicht etwa eine homogene bzw. konstante Temperaturverteilung innerhalb des optischen Elements bzw. Spiegels angestrebt wird, sondern vielmehr - unter Berücksichtigung vorhandener Kaltaberrationen - eine konstante Wellenfrontwirkung aufrechterhalten wird, was wiederum durch Erzeugung eines entsprechend inhomogenen Heizprofils innerhalb des Spiegels und gegebenenfalls auch durch Beibehaltung dieses inhomogenen Heizprofils unter Nutzlast im Wege einer Nachregelung der Heizleistung im laufenden Betrieb des optischen Systems erfolgen kann.

Ferner soll die Regelung der Heizleistung erfindungsgemäß derart erfolgen, dass die mittlere Temperatur des optischen Elements bis auf eine maximale Abweichung von 0.5 K, insbesondere von maximal 0.2 K, konstant bleibt. Hierbei beinhaltet die Erfindung insbesondere das weitere Konzept, bei der Regelung dafür zu sorgen, dass die mittlere Temperatur des optischen Elements über die gesamte Zeitspanne von einem Anfangszustand - d.h. dem Zustand vor der Beaufschlagung mit (z.B. EUV-)Nutzlicht - bis zum Zustand während der Beaufschlagung mit (z.B. EUV-)Nutzlicht im Betrieb des optischen Systems im Wesentlichen konstant bleibt, um insoweit "Überschwinger" zu vermeiden oder zumindest zu verringern. Diese Bedingung der zeitlichen Beibehaltung der mittleren Temperatur des optischen Elements kann dabei als Nebenbedingung in die Regelung der Heizleistung einfließen. Des Weiteren können hierbei auch unterschiedliche Beleuchtungssettings berücksichtigt werden. Mit anderen Worten kann für jedes Beleuchtungssetting der entsprechende Satz von Sollwerten für die Heizleistung des thermischen Manipulators bei der Regelung der Heizleistung so gewählt werden, dass jeweils die mittlere Temperatur des optischen Elements über die Zeitspanne vom Anfangszustand bzw. dem Zustand vor der Beaufschlagung mit (z.B. EUV-) Nutzlicht im Betrieb des optischen Systems bis zum Zustand während der Beaufschlagung mit (z.B. EUV-)Nutzlicht im Betrieb des optischen Systems gewahrt bleibt. Gemäß einem allgemeineren Aspekt der Offenbarung kann die Regelung aber auch andersartig, insbesondere ohne oder ohne ständige Begrenzung der Abweichung der mittleren Temperatur des optischen Elements auf einen bestimmten Maximalwert oder auch mit einer Beschränkung der Abweichung mittleren Temperatur auf einen höheren Maximalwert als die genannten 0.5 K bzw. 0.2 K erfolgen.

Die erfindungsgemäße Nachregelung der Heizleistung des thermischen Manipulators kann erfindungsgemäß wie im Weiteren beschrieben auf unterschiedliche Weise erfolgen. Die Erfindung umfasst insoweit zum einen Ausführungsformen mit einem temperaturbasierten Regelungskonzept, welches wiederum auf der Ermittlung einer mittleren Temperatur an der optischen Wirkfläche oder alternativ auch basierend auf einer Temperaturverteilung an der optischen Wirkfläche (bei welcher gegebenenfalls unterschiedliche Temperaturwerte für unterschiedliche Sektoren an der optischen Wirkfläche zugrundegelegt werden) basieren kann. Des Weiteren umfasst die Erfindung auch Ausführungsformen, bei welchen die erfindungsgemäße Nachregelung auf Basis einer (unter Verwendung wenigstens eines Wellenfrontsensors und/oder modellgestützt abgeschätzten) Wellenfrontwirkung des optischen Elements bzw. des zugehörigen optischen Systems erfolgt.

Gemäß einer Ausführungsform weist das optische System wenigstens einen weiteren in einer Mehrzahl von Freiheitsgraden aktuierbaren Spiegel, insbesondere mehrere weitere jeweils in einer Mehrzahl von Freiheitsgraden aktuierbare Spiegel auf, wobei für die wenigstens teilweise Kompensation der ersten optischen Aberration die Gesamtheit dieser Freiheitsgrade genutzt wird.

Gemäß einer Ausführungsform erfolgt die Einstellung der Heizleistung vor Aufnahme des Betriebs des optischen Systems unter zusätzlicher Berücksichtigung der jeweiligen Auswirkung der Heizleistung auf eine zweite optische Aberration, die im nachfolgenden Betrieb des optischen Systems durch auf das optische Element treffendes Nutzlicht bewirkt wird. Mit anderen Worten wird vor Aufnahme des Betriebs des optischen Systems die Heizleistung wie bereits erwähnt im Sinne einer Co-Optimierung sowohl mit Blick auf die Kaltaberrationen als auch mit Blick auf das im nachfolgenden Betrieb durch die EUV-Last stattfindende "Mirror Heating" eingestellt.

Gemäß einer Ausführungsform wird der Sollzustand durch einen thermalen Zustand des optischen Elements definiert.

Gemäß einer Ausführungsform wird der Sollzustand durch eine vom optischen System in einer Bildebene bereitgestellte Wellenfront definiert.

Gemäß einer Ausführungsform erfolgt die Regelung der Heizleistung nach Aufnahme des Betriebs des optischen Systems auf Basis wenigstens einer unter Verwendung wenigstens einer Temperaturmesseinrichtung gemessenen Temperatur. Die Temperaturmesseinrichtung kann in beliebiger geeigneter Weise, z.B. als Temperatursensor oder auch Wärmebildkamera, ausgestaltet sein.

Gemäß einer Ausführungsform erfolgt die Regelung der Heizleistung nach Aufnahme des Betriebs des optischen Systems auf Basis wenigstens einer unter Verwendung wenigstens einer Temperaturmesseinrichtung abgeschätzten mittleren Temperatur an der optischen Wirkfläche des optischen Elements.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt die Regelung der Heizleistung nach Aufnahme des Betriebs des optischen Systems auf Basis einer unter Verwendung einer oder mehrerer Temperaturmesseinrichtungen abgeschätzten Temperaturverteilung an der optischen Wirkfläche des optischen Elements.

Gemäß einer Ausführungsform erfolgt die Abschätzung der Temperaturverteilung an der optischen Wirkfläche des optischen Elements aus von den Temperaturmesseinrichtungen gelieferten Messsignalen unter Verwendung eines Beobachters anhand eines Modells. Gemäß einer Ausführungsform erfolgt die Regelung der Heizleistung nach Aufnahme des Betriebs des optischen Systems auf Basis einer Abschätzung der Wellenfrontwirkung des optischen Systems, insbesondere anhand eines Feed- Forward-Modells.

Gemäß einer Ausführungsform erfolgt diese Abschätzung der Wellenfrontwirkung des optischen Elements unter Verwendung wenigstens eines Wellenfrontsensors.

Gemäß einer Ausführungsform erfolgt die Abschätzung der Wellenfrontwirkung des optischen Elements auf Basis von Sollwerten für die von dem thermischen Manipulator eingestellte Heizleistung.

Gemäß einer Ausführungsform erfolgt die Abschätzung der Wellenfrontwirkung des optischen Elements auf Basis einer Kombination von Wellenfront- und Temperaturmessungen.

Gemäß einer Ausführungsform werden in dem Feed-Forward-Modell Informationen über das verwendete Retikel, das verwendete Beleuchtungssetting und/oder Informationen aus einer Intensitätsmessung verwendet. Die Informationen über das verwendete Retikel können dabei insbesondere Informationen über das im Betrieb des optischen Systems durch Beugung des (z.B. EUV-)Nutzlichts an den Strukturen des Retikels erzeugte optische Fernfeld betreffen, welches durch optische Vorwärtssimulation ermittelt werden kann. Die Informationen aus einer Intensitätsmessung können insbesondere die Intensität der Strahlung des zur Erzeugung der Heizleistung verwendeten thermischen Manipulators (z.B. Infrarot-Lasers) betreffen.

Gemäß einer Ausführungsform wird die Regelung der Heizleistung auf Basis des Feed-Forward-Modells transient durchgeführt. Hierbei kann insbesondere die zur Einstellung des Sollzustandes bzw. der gewünschten Wellenfront geeignete Temperaturverteilung im optischen Element transient eingestellt bzw. zu unterschiedlichen Zeitpunkten im Betrieb des optischen Systems jeweils neu bestimmt werden.

Gemäß einer Ausführungsform wird diese transiente Regelung auf Basis des Feed-Forward-Modells als modellprädiktive Regelung (= "model predictive control") zur Berücksichtigung eines Wechsels des verwendeten Retikels und/oder des verwendeten Beleuchtungssettings durchgeführt. Mit anderen Worten kann einem Wechsel des verwendeten Retikels und/oder des verwendeten Beleuchtungssettings vorgegriffen werden, um insoweit das Auftreten von Überschwingern nach diesem Wechsel zu vermeiden.

Gemäß einer Ausführungsform wird bei der Regelung eine Kombination aus einer Mehrzahl von Spiegeln genutzt, wobei diese Mehrzahl wenigstens einen Spiegel, in dem über eine Heizeinrichtung ein zu einer durch auf diesen Spiegel auftreffendes Nutzlicht bewirkten Temperaturverteilung komplementäres Heizprofil erzeugt wird, und wenigstens einen Spiegel, welcher zur Wellenfrontmanipulation aktiv deformiert wird, umfasst.

Die vorstehenden Regelungsvarianten können, sofern implementiert, bevorzugt zusätzlich zu der erwähnten Regelung auf eine maximal zulässige Abweichung der mittleren Temperatur des optischen Elements durchgeführt werden. Die vorstehenden Reglungsvarianten können im Rahmen eines allgemeinen Aspekts der vorliegenden Offenbarung aber auch einzeln oder kombiniert unabhängig von einer Beschränkung auf eine maximale mittlere Temperaturabweichung implementiert werden.

Gemäß einer Ausführungsform ist das optische Element ein Spiegel.

Gemäß einer Ausführungsform ist das optische Element für eine Arbeitswellenlänge von weniger als 400 nm, insbesondere weniger als 250 nm, weiter insbesondere weniger als 200 nm, ausgelegt. Gemäß einer Ausführungsform ist das optische Element für eine Arbeitswellenlänge von weniger als 30 nm, insbesondere weniger als 15 nm, ausgelegt.

Die Erfindung betrifft weiter auch ein optisches System, insbesondere einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, mit wenigstens einem optischen Element, einem thermischen Manipulator zum Heizen dieses optischen Elements, und einer Regelungseinheit zur Regelung der durch den thermischen Manipulator in das optische Element eingebrachten Heizleistung, wobei diese Regelung auf Basis eines Sollzustandes, in welchem eine erste optische Aberration wenigstens teilweise kompensiert wird, und in Abhängigkeit von der Wärmelast des auf das optische Element treffenden Nutzlichts erfolgt, wobei die Regelung derart erfolgt, dass die mittlere Temperatur des optischen Elements bis auf eine maximale Abweichung von 0.5 K, insbesondere von maximal 0.2 K, konstant bleibt.

Gemäß einem allgemeineren Aspekt der Offenbarung kann bei dem optischen System die Regelung aber auch andersartig, insbesondere ohne oder ohne ständige Begrenzung der Abweichung der mittleren Temperatur des optischen Elements auf einen bestimmten Maximalwert oder auch mit einer Beschränkung der Abweichung mittleren Temperatur auf einen höheren Maximalwert als die genannten 0.5 K bzw. 0.2 K erfolgen.

Gemäß einer Ausführungsform ist die erste optische Aberration wenigstens teilweise fertigungs- oder justagebedingt.

Gemäß einer Ausführungsform ist das optische System dazu konfiguriert, ein Verfahren mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen durchzuführen. Zu Vorteilen und weiteren bevorzugten Ausgestaltungen des optischen Systems wird auf die o.g. Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Bezug genommen. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung des möglichen Aufbaus einer für den Betrieb im EUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage;

Figur 2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer möglichen Realisierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens; und

Figur 3a-3b Diagramme zur Erläuterung eines der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden, prinzipiellen Problems.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN

Fig. 1 zeigt zunächst eine schematische Darstellung einer für den Betrieb im EUV ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage 1 , in der die Erfindung beispielsweise realisierbar ist.

Gemäß Fig. 1 weist die Projektionsbelichtungsanlage 1 eine Beleuchtungseinrichtung 2 und ein Projektionsobjektiv 10 auf. Die Beleuchtungseinrichtung 2 dient dazu, ein Objektfeld 5 in einer Objektebene 6 mit Strahlung einer Strahlungsquelle 3 über eine Beleuchtungsoptik 4 zu beleuchten. Belichtet wird hierbei ein im Objektfeld 5 angeordnetes Retikel 7. Das Retikel 7 ist von einem Retikelhalter 8 gehalten. Der Retikelhalter 8 ist über einen Retikelverlagerungs- antrieb 9 insbesondere in einer Scanrichtung verlagerbar. In Fig. 1 ist zur Erläuterung ein kartesisches xyz-Koordinatensystem eingezeichnet. Die x-Richtung verläuft senkrecht zur Zeichenebene hinein. Die y-Richtung verläuft horizontal und die z-Richtung verläuft vertikal. Die Scanrichtung verläuft in Fig. 1 längs der y-Richtung. Die z-Richtung verläuft senkrecht zur Objektebene 6.

Das Projektionsobjektiv 10 dient zur Abbildung des Objektfeldes 5 in ein Bildfeld 11 in einer Bildebene 12. Abgebildet wird eine Struktur auf dem Retikel 7 auf eine lichtempfindliche Schicht eines im Bereich des Bildfeldes 1 1 in der Bildebene 12 angeordneten Wafers 13. Der Wafer 13 wird von einem Waferhalter 14 gehalten. Der Waferhalter 14 ist über einen Waferverlagerungsantrieb 15 insbesondere längs der y-Richtung verlagerbar. Die Verlagerung einerseits des Retikels 7 über den Retikelverlagerungsantrieb 9 und andererseits des Wafers 13 über den Waferverlagerungsantrieb 15 kann synchronisiert zueinander erfolgen.

Bei der Strahlungsquelle 3 handelt es sich um eine EUV-Strahlungsquelle. Die Strahlungsquelle 3 emittiert insbesondere EUV-Strahlung, welche im Folgenden auch als Nutzstrahlung oder Beleuchtungsstrahlung bezeichnet wird. Die Nutzstrahlung hat insbesondere eine Wellenlänge im Bereich zwischen 5 nm und 30 nm. Bei der Strahlungsquelle 3 kann es sich zum Beispiel um eine Plasmaquelle, eine synchrotronbasierte Strahlungsquelle oder um einen Freie-Elektro- nen-Laser ("Free-Electron-Laser", FEL) handeln. Die Beleuchtungsstrahlung 16, die von der Strahlungsquelle 3 ausgeht, wird von einem Kollektor 17 gebündelt und propagiert durch einen Zwischenfokus in einer Zwischenfokusebene 18 in die Beleuchtungsoptik 4. Die Beleuchtungsoptik 4 weist einen Umlenkspiegel 19 und diesem im Strahlengang nachgeordnet einen ersten Facettenspiegel 20 (mit schematisch angedeuteten Facetten 21 ) und einen zweiten Facettenspiegel 22 (mit schematisch angedeuteten Facetten 23) auf. Das Projektionsobjektiv 10 weist eine Mehrzahl von Spiegeln Mi (i= 1 , 2, ...) auf, welche gemäß ihrer Anordnung im Strahlengang der Projektionsbelichtungsanlage 1 durchnummeriert sind. Bei dem in der Fig. 1 dargestellten Beispiel weist das Projektionsobjektiv 10 sechs Spiegel M1 bis M6 auf. Alternativen mit vier, acht, zehn, zwölf oder einer anderen Anzahl an Spiegeln Mi sind ebenso möglich. Der vorletzte Spiegel M5 und der letzte Spiegel M6 weisen jeweils eine Durchtrittsöffnung für die Beleuchtungsstrahlung 16 auf. Bei dem Projektionsobjektiv 10 handelt es sich um eine doppelt obskurierte Optik. Das Projektionsobjektiv 10 hat eine bildseitige numerische Apertur, die lediglich beispielhaft größer sein kann als 0.3, und insbesondere auch größer als 0.5, weiter insbesondere größer als 0.6, sein kann.

Im Betrieb der mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage 1 wird die auf die optische Wirkfläche der Spiegel auftreffende elektromagnetische Strahlung zum Teil absorbiert und führt wie eingangs erläutert zu einer Erwärmung und einer damit einhergehenden thermischen Ausdehnung bzw. Deformation, welche wiederum eine Beeinträchtigung der Abbildungseigenschaften des optischen Systems zur Folge haben kann. Über einen thermischen Manipulator in Form einer Heizanordnung kann nun wie eingangs beschrieben in Phasen vergleichsweise geringer Absorption von EUV-Nutzstrahlung jeweils eine aktive Spiegelerwärmung erfolgen, wobei diese aktive Spiegelerwärmung mit steigender Absorption der EUV-Nutzstrahlung entsprechend zurückgefahren wird.

In Fig. 1 ist lediglich schematisch eine Heizanordnung eingezeichnet und mit "25" bezeichnet, wobei diese Heizanordnung 25 im Beispiel zur Einbringung einer Heizleistung in den Spiegel M3 dient. Dabei ist die Erfindung hinsichtlich der Art und Weise der Einbringung von Heizleistung bzw. Ausgestaltung der hierzu verwendeten Heizanordnung nicht weiter eingeschränkt. Lediglich beispielhaft kann etwa die Einbringung der Heizleistung in für sich bekannter Weise über Infrarot-Strahler oder auch über mit elektrischer Spannung beaufschlagbare, an dem zu heizenden optischen Element bzw. Spiegel angeordnete Elektroden erfolgen. Des Weiteren ist die Erfindung hinsichtlich der Anzahl der zu heizenden optischen Elemente bzw. Spiegel nicht weiter eingeschränkt, so dass die erfindungsgemäße Regelung auf die Heizung lediglich eines einzigen optischen Elements oder auch auf die Heizung einer Mehrzahl von optischen Elementen angewendet werden kann.

Den im Weiteren beschriebenen Ausführungsformen ist gemeinsam, dass die Einbringung einer Heizleistung in ein optisches Element bzw. einen Spiegel nicht nur unter (initialer) Einstellung auf einen Sollzustand unter Berücksichtigung sowohl von zu kompensierenden optischen Aberrationen infolge Ferti- gungs- oder Justagefehlern als auch gegebenenfalls unter Berücksichtigung der Auswirkungen der Heizleistung auf eine im nachfolgenden Betrieb durch "Mirror Heating" bewirkte zweite optische Aberration erfolgt, sondern dass zusätzlich - nach Aufnahme des Betriebs des optischen Systems bzw. Beaufschlagung des optischen Elements mit Nutzlicht - auch eine Regelung der Heizleistung in Abhängigkeit von der Wärmelast des auf das optische Element treffenden Nutzlichts (d.h. der EUV-Strahlung) erfolgt.

Insbesondere wird somit erfindungsgemäß berücksichtigt, dass in einer Projektionsbelichtungsanlage während des mikrolithographischen Belichtungsprozesses neben der z.B. über IR-Strahlung in einen Spiegel eingebrachten Heizleistung auch Nutzlicht in Form von EUV-Strahlung auf die Spiegeloberfläche einwirkt mit der Folge, dass sich die Spiegeltemperatur an der optischen Wirkfläche lokal und abhängig vom gewählten Beleuchtungssetting gegenüber dem ohne EUV-Strahlung vorhandenen Temperaturprofil erhöht, wie bereits anhand von Fig. 3b erläutert wurde.

Zur Berücksichtigung dieses Effekts werden im Weiteren unterschiedliche Regelungskonzepte gemäß der Erfindung beschrieben, wobei zunächst unter Bezugnahme auf Fig. 2 temperaturbasierte Regelungskonzepte erläutert werden. Hierzu sind in dem betreffenden optischen Element bzw. Spiegel 200 in für sich bekannter Weise ein oder mehrere Temperaturmesseinrichtungen 203a, 203b (z.B. Temperatursensoren) in innerhalb des Spiegelsubstrats 201 befindlichen Zugangskanälen 202 angeordnet, wobei über diese Temperaturmesseinrichtungen 203a, 203b eine Abschätzung der mittleren Temperatur oder auch einer Temperaturverteilung an der optischen Wirkfläche des Spiegels 200 erfolgt.

In Fig. 2 ist ferner ein thermischer Manipulator in Form einer Infrarot-Heizanordnung mit "210" und die im Betrieb auf den Spiegel 200 einwirkende EUV-Strah- lung (= Nutzlicht) mit "220" bezeichnet. Des Weiteren sind mit "21 1" bis "214" mehrere Sektoren im Bereich der optischen Wirkfläche des Spiegels bezeichnet, wobei in Ausführungsformen bei Vorhandensein einer hinreichenden Anzahl von Temperaturmesseinrichtungen 203a, 203b sowie gegebenenfalls auch unter Verwendung eines Beobachters 230 und anhand eines Modells eine Abschätzung einer lokalen Temperaturverteilung an der optischen Wirkfläche des Spiegels 200 vorgenommen werden kann.

In einer ersten Ausführungsform eines temperaturbasierten Regelungskonzepts gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Regelung der nach Aufnahme des Betriebs über den thermischen Manipulator 210 dem Spiegel 200 zugeführten Heizleistung auf Basis der abgeschätzten mittleren Temperatur an der optischen Wirkfläche (d.h. zunächst noch unter Verzicht auf eine ortsaufgelöste Bestimmung der Temperaturverteilung über mehrere Sektoren) erfolgen. Diesem Ansatz liegt die Überlegung zugrunde, dass in einer vereinfachten Betrachtung die vom Spiegel 200 absorbierte EUV-Strahlung 220 zu einer Erhöhung der mittleren Spiegeltemperatur führt:

Tges — 7)R + ^EUV

(1 )

Im Weiteren wird nun davon ausgegangen, dass der thermische Manipulator 210 insofern als "Sektorheizer" ausgestaltet ist, als er die Einbringung von Heizleistung in den Spiegel 200 gezielt in unterschiedliche Sektoren (z.B. "21 1" bis "214" gemäß Fig. 2) ermöglicht. Hierzu kann z.B. eine in DE 10 2019 219 289 A1 beschriebene Heizanordnung verwendet werden. Gemäß der ersten Ausführungsform kann nun nach Abschätzung der mittleren Temperatur an der optischen Wirkfläche des Spiegels 200 eine Regelung der Heizleistung dahingehend erfolgen, dass diese mittlere Temperatur während des Betriebs und der Einwirkung von EUV-Strahlung 220 auf den Spiegel 200 konstant gehalten wird. Dies kann alternativ zum einen in solcher Weise erfolgen, dass der thermische Manipulator 210 bzw. IR-Heizstrahler eine entsprechende homogene Erwärmung der optischen Wirkfläche ermöglicht, welche dann im Zuge der mit der EUV-Strahlung 220 einhergehenden Erhöhung der mittleren Spiegeltemperatur entsprechend heruntergeregelt werden kann. Alternativ kann auch über die einzelnen, vom als Sektorheizer ausgestalteten IR- Strahlungsheizer Heizleistung in solcher weise subtrahiert werden, dass insgesamt eine Senkung der mittleren Temperatur an der optischen Wirkfläche unter Beibehaltung des inhomogenen Heizprofils, welches über den thermischen Manipulator 210 bzw. IR-Strahlungsheizer eingebracht wird, erzielt wird. Dies kann z.B. über einen globalen Skalierungsfaktor S gemäß

TS P ₁ ,...,S P _N + T _euv — T _init

(2) erfolgen.

Alternativ kann auch eine Linearkombination von je Sektor eingebrachten Heizleistungen bestimmt werden, die eine möglichst homogene Temperaturerhöhung erzeugt und dann für die erfindungsgemäße Regelung verwendet werden kann. Anstelle eines globalen Skalierungsfaktors können auch andere geeignete mathematische Ansätze zur Reduzierung der mittleren Temperatur an der optischen Wirkfläche verwendet werden.

Zur Realisierung des vorstehend beschriebenen, temperaturbasierten Regelungskonzepts auf Basis der mittleren Temperatur an der optischen Wirkfläche wird vorzugsweise bereits bei initialer Einstellung der Heizleistung des thermischen Manipulators 210 (im Wege einer Co-Optimierung der entsprechenden Merit-Funktion sowohl im Hinblick auf Kaltaberrationen als auch im Hinblick auf "Mirror Heating") ein hinreichend großer Offset der mittleren Temperatur an der optischen Wirkfläche vorgehalten. Mit anderen Worten sollte die gemäß dem entsprechend "co-optimierten" Sollwert für die Heizleistung initial resultierende (mittlere) Temperatur an der optischen Wirkfläche in jedem Sektor in der Regel größer sein als die maximal durch EUV-Strahlung 220 bewirkte Temperatur in diesem Sektor. In Einzelfällen kann es, insbesondere abhängig vom konkreten Ausdehnungsverhalten des optischen Elementes (Lage der ZCT) sinnvoll sein, mit weniger als der maximal durch EUV-Strahlung 220 bewirkten Temperatur zu heizen.

Wie bereits erwähnt kann in weiteren Ausführungsformen das temperaturbasierte Regelungskonzept insofern erweitert werden, als die Temperatur für die einzelnen Sektoren 211 , 212, 213, 214 an der optischen Wirkfläche gegenüber dem jeweiligen initialen Wert (d.h. der mit Betriebsaufnahme über den thermischen Manipulator 210 eingestellten Temperaturwert) zeitlich konstant gehalten wird. Damit wird nicht nur die mittlere Temperatur des Spiegels 200 zeitlich konstant gehalten, sondern es wird in erster Näherung auch die zur Korrektur der Kaltaberrationen gewünschte räumliche Temperaturverteilung konstant gehalten. Da typischerweise infolge von Randbedingungen im optischen System die Anzahl von in den Spiegel 200 integrierbaren Temperaturmesseinrichtungen 203a, 203b,... limitiert ist und mitunter N > K gilt (wobei N die Anzahl der Sektoren 21 1 , 212,... und K die Anzahl der Temperaturmesseinrichtungen 203a, 203b,... bezeichnet), wird in Ausführungsformen der Erfindung vorzugsweise zusätzlich ein Beobachter 230 gemäß Fig. 2 eingesetzt, um anhand der Temperaturmesswerte sowie zusätzlich eines Prozessmodells die Temperaturverteilung in den einzelnen Sektoren 21 1 , 212,... abzuschätzen. Die hierbei erreichbare Schätzgüte ist sowohl abhängig von der Qualität des Prozessmodells als auch der Kenntnis der Eingangssignale. Zur Verbesserung der Schätzgüte kann auch die EUV-Last (als signifikante Wärmelast) dem Beobachter 230 zugeführt werden.

In weiteren Ausführungsformen kann die erfindungsgemäße Regelung der über den thermischen Manipulator 210 in das optische Element bzw. den Spiegel 200 im Betrieb eingekoppelten Heizleistung auch wellenfrontbasiert erfolgen, d.h. das über den - wiederum insbesondere als Sektorheizer ausgestalteten - thermischen Manipulator 210 eingestellte Heizprofil wird direkt hinsichtlich der durch den Spiegel 200 bzw. das zugehörige optische System erzeugten Wellenfront optimiert. Dabei kann die jeweilige Erfassung bzw. Abschätzung der aktuellen Wellenfrontwirkung unter Verwendung eines (z.B. im Bereich der Waferstage angeordneten) Wellenfrontsensors sowie vorzugsweise unter zusätzlicher Heranziehung eines Feed-Forward-Modells erfolgen. Da bei diesem wellenfrontbasierten Ansatz nicht das Ziel verfolgt wird, die initiale (d.h. mit Betriebsaufnahme bzw. zu Beginn der Beaufschlagung des Spiegels 200 mit Nutzlicht bzw. EUV- Strahlung 220 eingestellte) Temperaturverteilung gemäß dem insbesondere zur Korrektur der Kaltaberrationen eingestellten Sollwert für die Heizleistung konstant zu halten, sondern das Ziel verfolgt wird, direkt die Wellenfrontwirkung des Spiegels konstant zu halten, können deutliche Abweichungen von der initialen Temperaturverteilung entstehen.

Die entsprechende wellenfrontbasierte Optimierung kann durch Minimierung einer Merit-Funktion erfolgen, bei welcher für eine vorgegebene Störung S, eine Wellenfrontwirkung Z(x) der Position und Orientierung der optischen Elemente x, eine weitere Wellenfrontwirkung f(h) des thermischen Manipulators bzw. Sektorheizers, sowie eine über diesen thermischen Manipulator eingestellte (Heizleistungs-)Amplitude h über eine Gewichtungs-Metrik D ein skalarer Wert zugeordnet wird. Die wellenfrontbasierte Optimierung entspricht dann einer Minimierung dieser Merit-Funktion gemäß

~x^, h* = argmin ö fs + Z(x) + (/i)Y x,h

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Erfindungsgemäß wird nun diese Merit-Funktion zur transienten, wellenfrontbasierten "Co-Optimierung" durch Vorhersage der durch den thermischen Manipulator bzw. Sektorheizer eingebrachten Wellenfrontwirkung f(h) und der durch Mirror Heating" infolge EUV-Last induzierten Aberrationen Z(h, t') _{FF MH} erweitert: (t), ) = argmin ö (s + Z(x) + f(h) + Z(h, t) _{pp MH} ) x,h

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Die Störung S kann hierbei insbesondere über eine initiale Wellenfrontmessung bestimmt und anhand weiterer Wellenfrontmessungen wiederholt aktualisiert werden. Alternativ kann die Störung S auch durch Simulationen ermittelt werden. Die Verzögerung des Aufheiz- und Abkühlverhaltens des Sektorheizers kann in der Optimierung berücksichtigt werden. Ein Feed-Forward-Modell kann dazu genutzt werden, die jeweilige Wellenfrontwirkung auch zwischen den jeweiligen Wellenfrontmessungen vorherzusagen. Des Weiteren kann das Feed-Forward- Modell auch für eine modellbasierte prädiktive Regelung verwendet werden, um die über den thermischen Manipulator bzw. Sektorheizer eingebrachte Heizleistung bei einem anstehenden Setting-Wechsel bereits auf die neue EUV-Last vorzubereiten.

Wenn die Erfindung auch anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben wurde, erschließen sich für den Fachmann zahlreiche Variationen und alternative Ausführungsformen, z.B. durch Kombination und/oder Austausch von Merkmalen einzelner Ausführungsformen. Dementsprechend versteht es sich für den Fachmann, dass derartige Variationen und alternative Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung mit umfasst sind, und die Reichweite der Erfindung nur im Sinne der beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalente beschränkt ist.