Bezugnahme auf verwandte Anmeldung

Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung DE102022205814.3 vom 08. Juni 2022, deren gesamter Offenbarungsgehalt durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht wird.

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie, insbesondere für die EUV-Lithographie, umfassend: Heizen mindestens eines optischen Elements, bevorzugt mindestens eines Spiegels, der Projektionsbelichtungsanlage durch Beaufschlagen einer Oberfläche des optischen Elements mit Heizstrahlung in einer Betriebspause, in der die Oberfläche des optischen Elements nicht mit Belichtungsstrahlung beaufschlagt wird. Die Erfindung betrifft auch eine Projektionsbelichtungsanlage umfassend: mindestens ein optisches Element, insbesondere mindestens einen Spiegel, sowie eine Heizvorrichtung zum Beaufschlagen einer Oberfläche des optischen Elements, bevorzugt des Spiegels, mit Heizstrahlung, wobei die Heizvorrichtung ausgebildet ist, in einer Betriebspause, in der die Oberfläche des optischen Elements nicht mit Belichtungsstrahlung beaufschlagt wird, die Oberfläche des optischen Elements mit Heizstrahlung zu beaufschlagen.

Projektionsbelichtungsanlagen für die Mikrolithographie werden zur Herstellung von mikrostrukturierten oder nanostrukturierten Bauteilen der Mikroelektronik oder Mikrosystemtechnik eingesetzt. Um Bauteile mit extrem klein dimensionierten Strukturen im Nanometer- und Mikrometerbereich möglichst exakt herstellen zu können, muss eine entsprechende Projektionsbelichtungsanlage Strukturen, die auf einer Maske (Retikel) angeordnet sind, in exakter Weise auf ein Substrat, beispielsweise einen Wafer, abbilden können.

Um eine möglichst hohe Auflösung speziell von Lithographieoptiken zu erreichen, wird seit mehreren Jahren EUV-Strahlung mit einer Wellenlänge im EUV-Wellenlängenbereich genutzt, die in der Regel bei 13,5 nm liegt, während bei Vorgängersystemen typische Betriebswellenlängen von 365 nm, 248 nm oder 193 nm genutzt wurden. Der Schritt zum EUV-Wellenlängenbereich hatte den Verzicht auf brechende Medien zur Folge, die bei dieser Wellenlänge nicht mehr sinnvoll einsetzbar sind, und den Übergang zu reinen Spiegelsystemen, die entweder nahezu im senkrechten Einfall oder unter streifendem Einfall betrieben werden. Im nahezu senkrechten Einfall wird auf jedem Spiegel etwa ein Drittel der einfallenden Strahlung absorbiert (abhängig vom konkreten Einfallswinkelspektrum), unter streifendem Einfall liegen typische Absorptionswerte bei einem Viertel oder einem Fünftel. Zum Vergleich: In brechenden Medien mit einer Antireflexbeschichtung liegt die absorbierte Intensität im Promillebereich. Daraus erklären sich erheblich stärkere Temperaturänderungen in EUV-Optiken, die in der Größenordnung mehrere Kelvin liegen, im Vergleich zu Vorgängersystemen, bei denen die Temperaturänderungen allenfalls wenige Zehntel Kelvin betrugen.

Weil sich Temperaturgradienten innerhalb des Materials des optischen Elements aufgrund von dessen thermischen Ausdehnungskoeffizienten in Oberflächenfehler bzw. in Deformationen an der Oberfläche des optischen Elements übersetzen, die mit der Nutz- bzw. Belichtungsstrahlung beaufschlagt wird, führen diese Temperaturgradienten insbesondere bei Spiegeln zu erheblichen optischen Aberrationen, die in Relation zur Nutzwellenlänge die Abbildungseigenschaften der Projektionsbelichtungsanlage verschlechtern. Entsprechend werden Spiegel für die EUV-Lithographie, genauer gesagt deren Substrate, aus Material mit einem besonders niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten hergestellt, beispielsweise aus Zerodur® oder aus ULE®(„ultra low expansion“-Material).

Diese sogenannten Nullausdehnungs-Matenalien spielen Komponenten bzw. Phasen mit positivem und negativem Wärmeausdehnungskoeffizienten gegeneinander aus. Das Ergebnis ist ein effektiv nichtlinearer Zusammenhang zwischen Wärmeausdehnung und Temperatur, wobei es genau einen Temperaturwert gibt, bei dem die Wärmeausdehnung verschwindet bzw. am Unempfindlichsten gegen Temperaturänderungen ist, und zwar die sogenannte Nulldurchgangstemperatur („zero crossing temperature“, ZCT).

Im Belichtungsbetrieb der Projektionsbelichtungsanlage ist ein Spiegel der Projektionsoptik wechselnden Bestrahlungsintensitäten ausgesetzt, sowohl örtlich aufgrund unterschiedlicher Beleuchtungen und beugenden Strukturen auf der Maske als auch zeitlich aufgrund verschiedener Betriebszustände. Dennoch sollte die mittlere Temperatur des Spiegels bzw. des Spiegel- Materials nahe der Nulldurchgangstemperatur bleiben, um möglichst wenige Aberrationen durch Oberflächendeformationen aufgrund von Temperaturgradienten zu erzeugen.

Um dies zu erreichen, ist es bekannt, Heizstrahlungsquellen zu verwenden, die Heizstrahlung auf die Oberfläche eines jeweiligen Spiegels einstrahlen. Die Heizstrahlungsquellen arbeiten typischerweise im infraroten Wellenlängenbereich („IR-Heizer“) und können während des Belichtungsbetriebs, bei dem die Oberfläche eines jeweiligen Spiegels mit Nutzstrahlung beaufschlagt wird, und/oder in einer Betriebspause außerhalb des Belichtungsbetriebs verwendet werden, wobei sie im letzteren Fall dazu verwendet werden, einen jeweiligen Spiegel vor dem Belichtungsbetrieb vorzuheizen. Um den Wärmeeintrag während des Belichtungsbetriebs möglichst konstant zu halten, können die Heizstrahlungsquellen mit hoher Heizleistung einstrahlen, wenn keine oder nur ein geringer Teil der Belichtungsstrahlung vom jeweiligen Spiegel absorbiert wird und deren Heizleistung kann reduziert werden, wenn der Wärmeeintrag durch die Belichtungsstrahlung ansteigt. Die IR-Heizstrahlungsquellen können typischerweise nur einen Teilbereich der gesamten Oberfläche des optischen Elements bestrahlen und liefern daher keine homogene Temperatur bzw. Temperaturverteilung im gesamten dreidimensionalen Grundkörper des optischen Elements.

Die DE 10 2019 219 289 A1 beschreibt eine Heizanordnung zum Heizen eines optischen Elements, umfassend: eine Mehrzahl von IR-Strahlern zur Beaufschlagung einer optischen Wirkfläche des optischen Elements mit IR- Strahlung, wobei die IR-Strahler zur variablen Einstellung unterschiedlicher Heizprofile in dem optischen Element unabhängig voneinander ein- und ausschaltbar sind, sowie wenigstens eine Strahlformungseinheit zur Strahlformung der von den IR-Strahlern auf die optische Wirkfläche gelenkten IR-Strahlung. Die Strahlformungseinheit kann eine Mehrzahl von Strahlformungssegmenten zur Beaufschlagung unterschiedlicher Segmente der optischen Wirkfläche des optischen Elements mit IR-Strahlung aufweisen. Bei den Strahlformungssegmenten kann es sich z.B. um unterschiedliche Bereiche auf einem diffraktiven optischen Element (DOE) handeln.

In der DE 10 2014 212 691 A1 bzw. in der DE 10 2015203 267 A1 sind ein optisches System für eine Lithographieanlage sowie eine Lithographieanlage beschrieben, umfassend: ein optisches Element mit einer optischen Fläche und eine Temperiereinrichtung, die dazu eingerichtet ist, dem optischen Element Wärme zuzuführen und/oder Wärme von diesem abzuführen, um eine Deformation des optischen Elements während einer Belichtung der optischen Fläche konstant zu halten oder zu steuern. In einem Beispiel ist die Temperiereinrichtung eingerichtet, auf der optischen Fläche Temperierpunkte abzubilden, die z.B. in Form von Infrarotlicht emittierenden Dioden ausgebildet sein können.

Mittels der Temperiereinrichtung kann die Deformation des optischen Elements während der Belichtung der optischen Fläche so (aktiv) gesteuert werden, dass die optische Aberration in Bezug auf das Arbeitslicht unter Einbeziehung weiterer aberrationsrelevanter Faktoren minimiert wird. Die optische Aberration kann mit Hilfe von Sensoren erfasst werden. Für den Fall, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient des Substrats des optischen Elements fertigungsbedingt variiert, kann die Temperiereinrichtung eingerichtet sein, dem optischen Element die Wärme in Abhängigkeit von einem erfassten Wärmeausdehnungskoeffizienten-Profil zuzuführen. Das Wärmeausdehnungskoeffizienten-Profil des optischen Elements kann in diesem Fall vorab bestimmt und gespeichert werden. Die Temperiereinrichtung kann im Belichtungsbetrieb die Steuerung der Wärmezuführung in Abhängigkeit von dem abgespeicherten Wärmeausdehnungskoeffizienten-Profil vornehmen.

In der DE 102015 224 281 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Spiegels für eine EUV-Lithographieanlage beschrieben, bei dem in einem ersten Schritt eine zu erwartende Wärmestromverteilung auf dem Spiegel ermittelt wird. In einem zweiten Schritt werden mehrere Heizzonen auf dem Spiegel in Abhängigkeit von der ermittelten Wärmestromverteilung gebildet. In einem dritten Schritt wird eine jeweilige Heizzone mit einer jeweiligen Heizeinrichtung zum Beheizen der jeweiligen Heizzone in Abhängigkeit von einer erfassten Temperatur der jeweiligen Heizzone oder der zu erwartenden Wärmestromverteilung auf dem Spiegel versehen. Auf diese Weise soll die Temperatur in allen Heizzonen des Spiegels konstant oder nahezu konstant gehalten werden, um eine möglichst konstante Temperaturverteilung des Spiegelvolumens zu gewährleisten. Die Heizzonen können vor dem Belichtungsbetrieb vorgeheizt werden, wobei verschiedene Heizzonen unterschiedlich stark vorgeheizt werden können. Zumindest eine Heizeinrichtung kann eine entsprechende Heizzone mit einem Muster beheizen, das z.B. ein Ringprofil oder einen Teil eines Ringprofils aufweisen kann. Das Muster kann genau der Wärmestromverteilung entsprechen, so dass die Temperatur innerhalb der Heizzone konstant gehalten werden kann. Bei der Heizeinrichtung kann es sich um einen Heizwiderstand und/oder um einen Wärmestrahler handeln, der Strahlung im Infrarotbereich emittiert bzw. um einen IR-Heizkopf.

Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben einer Projektionsbelichtungsanlage und eine Projektionsbelichtungsanlage mit verringerten Aberrationen bereitzustellen.

Gegenstand der Erfindung

Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt gelöst durch ein Verfahren der eingangs genannten Art, bei dem beim Heizen in der Betriebspause an mindestens einem Teilbereich („Heizzone“) der Oberfläche des optischen Elements (gezielt) eine inhomogene Temperaturverteilung erzeugt wird, die Aberrationen der Projektionsbelichtungsanlage reduziert, bevorzugt Aberrationen der Projektionsbelichtungsanlage minimiert. Bei dem bestrahlten Teilbereich kann es sich um die gesamte Oberfläche des optischen Elements handeln, die zur Reflexion der Belichtungsstrahlung ausgebildet ist und die zu diesem Zweck eine reflektierende Beschichtung aufweist. Es ist aber auch möglich, dass der Teilbereich eine Teilfläche des optisch genutzten Bereichs der Oberfläche des optischen Elements bildet. Die Reduzierung der Aberrationen der Projektionsbelichtungsanlage kann sich auf unterschiedliche Anwendungsfälle beziehen, die weiter unten aufgeführt sind. Insbesondere kann die inhomogene Temperaturverteilung dazu dienen, die Aberrationen der Projektionsbelichtungsanlage in der Betriebspause zu reduzieren, d.h. für den Fall, dass keine Belichtungsstrahlung auf das optische Element eingestrahlt wird und das optische Element mit der Heizstrahlung bestrahlt wird.

Beim Betrieb einer Projektionsbelichtungsanlage können grundsätzlich zwei Betriebszustände unterschieden werden: Ein Belichtungsbetrieb, bei dem die optischen Elemente, typischerweise in Form von Spiegeln, mit Belichtungsstrahlung beaufschlagt werden, um das Substrat zu belichten, und ein Nicht-Belichtungsbetrieb in Form einer Betriebspause, in dem keine Belichtungsstrahlung in der Projektionsbelichtungsanlage vorhanden ist. Auf das weiter oben beschriebene Heizen während der Betriebspause folgt typischerweise der Belichtungsbetrieb, d.h. das jeweilige optische Element wird in der Betriebspause vorgeheizt.

In den jeweiligen Betriebszuständen (Belichtungsbetrieb oder Betriebspause) können sich folgende Situationen (Phasen) ergeben:

1 ) Ohne Belichtungsstrahlung, d.h. in einer Betriebspause, und ohne zusätzliche Nutzung von Heizstrahlung ist die Performance der Projektionsbelichtungsanlage (sehr) gut, d.h. die Aberrationen sind gering.

2) Mit Belichtungsstrahlung aber ohne Vorwärmen einzelner bzw. einiger optischer Elemente unter Verwendung von Heizstrahlung ist die Performance der Projektionsbelichtungsanlage (sehr) schlecht, da sich beispielsweise beim Einschalten der Belichtungsstrahlung die Temperaturverteilung des optischen Elements zeitlich stark verändert (ggf. um mehrere Kelvin, s.o.) und sich damit auch zeitlich die Aberrationen stark verändern. Insbesondere können diese zeitlichen Veränderungen schneller erfolgen oder andere Aberrationen hervorrufen als eine rechtzeitige Korrektur durch andere Korrekturmöglichkeiten der Projektionsbelichtungsanlage (z.B. durch Starrkörperbewegungen) möglich ist. Außerdem können Aberrationen durch unpassende Materialeigenschaften auftreten, z.B. durch herstellungsbedingte Schwankungen der mittleren Nulldurchgangs-Temperatur von optischem Element zu optischem Element.

Für die Steigerung der Abbildungsqualität der Projektionsbelichtungsanlage, z.B. für eine bessere Abbildung von extrem kleinen Strukturen mit der Belichtungsstrahlung, kann es sinnvoll sein, einen Kompromiss zwischen den beiden Phasen 1) und 2) zu finden, beispielsweise in der Form, dass auch bereits in der Phase 1) eine Vorerwärmung durch Heizstrahlung stattfindet und auf diese Weise die zeitliche Temperaturänderung in Phase 2) reduziert wird, wie dies beispielsweise in der eingangs zitierten DE 10 2015 224281 A1 beschrieben ist, die durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht wird.

In der DE 102015224281 A1 wird vorgeschlagen, die Temperatur in allen Heizzonen des Spiegels im Belichtungsbetrieb konstant oder nahezu konstant zu halten, um eine möglichst konstante Temperaturverteilung des Spiegelvolumens sicherzustellen. Die Heizzonen können vor dem Belichtungsbetrieb vorgeheizt werden, um an einer jeweiligen Heizzone ungefähr die Nulldurchgangs-Temperatur einzustellen bzw. zu erreichen. Auf diese Weise soll die jeweilige Heizzone möglichst permanent auf bzw. nahe der Nulldurchgangs-Temperatur gehalten werden, u.a. um zeitliche Änderungen der mittleren Temperatur in der jeweiligen Heizzone bei wechselnden Betriebsmodi zu verringern. Sowohl Simulationen als auch Messungen haben bestätigt, dass die Nutzung einer derartigen Vorheizung eines jeweiligen optischen Elements in einer jeweiligen Heizzone die Abbildungsqualität der Projektionsbelichtungsanlage deutlich verbessern kann.

Es hat sich jedoch herausgestellt, dass die Erzeugung einer homogenen (konstanten) Temperatur in der jeweiligen Heizzone durch eine Vorerwärmung zu ungewollten Verschlechterungen der Abbildungsqualität der Projektionsbelichtungsanlage in Phase 2) führen kann, d.h. während des Belichtungsbetriebs. Diese Verschlechterungen wurden in der Vergangenheit in Kauf genommen und sind u.a. darauf zurückzuführen, dass bei der Erzeugung einer homogenen Temperatur in der jeweiligen Heizzone das optische Element in der Regel inhomogen vorgeheizt werden muss. Selbst bei einer homogenen Temperaturverteilung in der jeweiligen Heizzone weist diese noch eine ortsabhängige Deformation des optischen Elements auf, die jedoch deutlich reduziert ist im Vergleich zu einer inhomogenen Temperaturverteilung in der jeweiligen Heizzone. Auch werden auf Material- und Fertigungsschwankungen bei der Herstellung des optischen Elements zurückzuführende individuelle Eigenschaften des optischen Elements beim Vorheizen mit Hilfe einer homogenen Temperaturverteilung nicht berücksichtigt und können zu Aberrationen in Phase 2) beitragen.

Es wurde zudem beobachtet, dass die Verformung optischer Elemente stark davon abhängig ist, wie verschiedene Teilbereiche des optischen Elements erwärmt werden. Typischerweise sind nicht alle Oberflächenbereiche eines optischen Elements für eine Erwärmung von außen zugänglich, in jedem Fall lässt sich nicht das gesamte Volumen eines optischen Elements auf eine dreidimensional homogene Temperatur erwärmen. In der Regel ist es nicht optimal für die Abbildungsqualität der Projektionsbelichtungsanlage, wenn Teilbereiche des optischen Elements, beispielsweise der gesamte optisch genutzte Oberflächenbereich, homogen erwärmt werden. Deutlich günstiger kann es sein, einen jeweiligen Teilbereich mit einer inhomogenen Temperaturverteilung zu versehen.

Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, in dem jeweiligen mit der Heizstrahlung beaufschlagten Teilbereich keine homogene Temperaturverteilung, sondern eine gezielt inhomogene Temperaturverteilung einzustellen bzw. zu erzeugen. Bevorzugt reduziert die inhomogene Temperaturverteilung an dem mindestens einen Teilbereich die Aberrationen der Projektionsbelichtungsanlage gegenüber einer homogenen Temperaturverteilung an dem mindestens einen Teilbereich. Bei dem Vergleich zwischen der inhomogenen und der homogenen Temperaturverteilung wird typischerweise vorausgesetzt, dass die homogene Temperaturverteilung eine über den Teilbereich konstante Temperatur aufweist, die der über den Teilbereich gemittelten Temperatur der inhomogenen Temperaturverteilung entspricht. Die inhomogene Temperaturverteilung wird in diesem Fall so gewählt, dass Aberrationen der Projektionsbelichtungsanlage - im Vergleich zu einer Erwärmung des Teilbereichs mit einer homogenen Temperaturverteilung - reduziert werden. Bei den Aberrationen, die reduziert werden, kann es sich insbesondere um Wellenfrontfehler handeln. Die Aberrationen bzw. die Wellenfrontfehler, die reduziert werden, können z.B. auf Fertigungsschwankungen, auf das Vorheizen selbst, auf eine im nachfolgenden Belichtungsbetrieb zu erwartende inhomogene Ortsverteilung der Belichtungsstrahlung, etc. zurückzuführen sein. Die zu korrigierenden Aberrationen bzw. Wellenfrontfehler sind z.B. aus Messungen bekannt oder können mit Hilfe von Vorhersagen (z.B. im Fall der zu erwartenden Ortsverteilung der Belichtungsstrahlung) abgeschätzt werden.

Durch die gezielt inhomogene Temperaturverteilung können verschiedene Effekte besser korrigiert werden als durch eine homogene Temperaturverteilung. Insbesondere kann das jeweilige optische Element vortemperiert werden (gut für Phase 2)), ohne gleichzeitig die Performance in Phase 1 ) (zu sehr) zu beeinträchtigen. Zudem kann auch die Performance, d.h. die Abbildungsqualität, der Projektionsbelichtungsanlage auch über den weiter oben beschriebenen Zustand hinaus, dass keine Heizstrahlungsquellen in Phase 1 ) verwendet werden, durch ein gezieltes inhomogenes Vorheizen verbessert werden. Bei einer Variante des Verfahrens weicht eine mittlere Temperatur der inhomogenen Temperaturverteilung in dem Teilbereich der Oberfläche um nicht mehr als ±1 ,5 K, bevorzugt um nicht mehr als ±0,5 K von einer Nulldurchgangs- Temperatur des optischen Elements ab. Unter der Nulldurchgangs-Temperatur des optischen Elements wird die Nulldurchgangs-Temperatur des Materials des Grundkörpers bzw. des Substrats verstanden, aus dem das optische Element gebildet ist. Bei dem Material des Substrats bzw. des Grundkörpers handelt es sich in diesem Fall um ein Nullausdehnungs-Matenal, beispielsweise um dortiertes Quarzglas, speziell um titandotiertes Quarzglas, wie es unter dem Handelsnamen ULE® angeboten wird, oder um eine Glaskeramik, beispielsweise um Zerodur®.

Die Nulldurchgangs-Temperatur des Materials ist typischerweise innerhalb des Volumens des Substrats und somit auch in dem Teilbereich an der Oberfläche des Substrats im Wesentlichen konstant, d.h. ortsabhängige Abweichungen sind gering. Für die nachfolgenden Betrachtungen sind die ortsabhängigen Abweichungen in der Regel vernachlässigbar, sodass die Nulldurchgangs- Temperatur in dem Teilbereich bzw. an der gesamten optisch genutzten Oberfläche des optischen Elements für die nachfolgenden Betrachtungen als konstant angesehen wird. Wie weiter oben beschrieben wurde, ist es günstig, wenn durch das Vorheizen der beheizte Teilbereich ungefähr auf die Nulldurchgangs-Temperatur aufgeheizt wird, da an bzw. in der Nähe der Nulldurchgangs-Temperatur das optische Element am wenigsten sensitiv gegenüber Temperaturänderungen ist. Wie ebenfalls weiter oben beschrieben wurde, führt das Erzeugen einer homogenen, über den Teilbereich konstanten Temperatur, die (im Wesentlichen) mit der Nulldurchgangs-Temperatur übereinstimmt, nicht zwingend zu minimalen Aberrationen der Projektionsbelichtungsanlage während der Betriebspause, vielmehr kann es günstig sein, gezielt von einer homogenen Temperaturverteilung in dem Teilbereich abzuweichen, um eine gezielte Deformation zu bewirken. Wie stark die mittlere Temperatur der inhomogenen Temperaturverteilung von der Nulldurchgangs-Temperatur abweichen darf, hängt u.a. von der Heizleistung der auftreffenden EUV-Strahlung sowie von den Materialcharakteristika des optischen Elements ab. Bei den angegebenen Werten von 1 ,5 K bzw. 0,5 K handelt es sich um Richtwerte. Es kann in bestimmten Anwendungsfällen ggf. von Vorteil sein, wenn eine größere Abweichung als die angegeben Werte zugelassen wird.

Bei einer weiteren Variante umfasst das Verfahren: Bestimmen der inhomogenen Temperaturverteilung, welche die Aberrationen der Projektionsbelichtungsanlage reduziert bzw. minimiert, wobei bei der Bestimmung der inhomogenen Temperaturverteilung bevorzugt individuelle materialspezifische Eigenschaften des optischen Elements berücksichtigt werden, an dem die inhomogene Temperaturverteilung erzeugt wird.

Die inhomogene Temperaturverteilung kann grundsätzlich vorab oder auch während des Betriebs der Projektionsbelichtungsanlage („live“) für unterschiedliche Anwendungsfälle bestimmt werden.

Mögliche Anwendungsfälle sind beispielsweise: a) Die Projektionsbelichtungsanlage weist bestimmte Aberrationen bereits dann auf, wenn keine Belichtungsstrahlung und auch keine Heizstrahlung (z.B. zum Vortemperieren ungefähr auf die Nulldurchgangs-Temperatur, s.o.) vorhanden sind. b) Die Projektionsbelichtungsanlage weist bestimmte Aberrationen bereits dann auf, wenn keine Belichtungsstrahlung, aber bereits Heizstrahlung (z.B. zum Vortemperieren ungefähr auf die Nulldurchgangs-Temperatur, s.o.) verwendet wird. c) Die Projektionsbelichtungsanlage weist gewisse Aberrationen auf, wenn sie mit Belichtungsstrahlung betrieben wird. Gegebenenfalls kann auch während des Belichtungsbetriebs zusätzlich zur Belichtungsstrahlung außerdem ein Temperatureintrag durch Heizstrahlung vorliegen. d) Die Projektionsbelichtungsanlage weist (mit oder ohne Thermallasten) gewisse Aberrationen auf, die sich von anderen Projektionsbelichtungsanlagen gleichen Typs unterscheiden (Tool-to-Tool-Variation).

Die weiter oben beschriebenen Anwendungsfälle decken sich hierbei teilweise mit den weiter oben beschriebenen Phasen 1 ) und 2), wobei a) der Phase 1 ) entspricht und c) der Phase 2); b) stellt einen Zwischenzustand dar. Weitere Anwendungsfälle können sinnvoll sein.

Für jeden der oben beschriebenen Anwendungsfälle kann ein inhomogenes Temperaturprofil bestimmt werden, welches die zugehörigen Aberrationen (z.B. Deformationen oder Wellenfrontfehler) reduziert bzw. minimiert. Es ist auch möglich, mehrere Aberrationen zu addieren und ein inhomogenes Temperaturprofil zu bestimmen, das die Summe der Aberrationen reduziert bzw. minimiert. Beispielsweise kann der Anwendungsfall d) mit einem der Anwendungsfälle a) bis c) kombiniert werden, um sowohl Aberrationen der Projektionsbelichtungsanlage, die auf Fertigungsungenauigkeiten bei der Herstellung von mehreren Projektionsbelichtungsanlagen des gleichen Typs zurückzuführen sind, als auch um Aberrationen zu korrigieren, die bei allen Projektionsbelichtungsanlagen desselben Typs in derselben Weise auftreten. Insbesondere können in Fall d) individuelle matenalspezifische Eigenschaften des Substrats des optischen Elements berücksichtigt werden, die auf Fertigungsschwankungen bei der Herstellung des optischen Elements zurückzuführen sind und die das optische Element der Projektionsbelichtungsanlage von einem anderen optischen Element gleicher Bauart unterscheiden. Die Bestimmung der inhomogenen Temperaturverteilung kann beispielsweise durch Simulationen erfolgen, ggf. unter Einbeziehung individueller materialspezifischer Eigenschaften des betreffenden optischen Elements, beispielsweise einer gemittelten oder ggf. auch einer ortsaufgelöst bestimmten Verteilung der Nulldurchgangs-Temperatur des Grundkörpers bzw. des Substrats des optischen Elements, an dem das inhomogene Temperaturprofil erzeugt wird. Für den Anwendungsfall c) ist für die zu erwartende ortsabhängige Strahlungsverteilung im Belichtungsbetrieb in der Regel ein Feed-Forward-Modell erforderlich.

Die Bestimmung der inhomogenen Temperaturverteilung kann auch experimentell erfolgen, beispielsweise durch die Variation verschiedener Heizleistungen bei der Beaufschlagung des optischen Elements mit der Heizstrahlung, wobei die Heizleistung auch ortsabhängig variieren kann bzw. unterschiedliche Heizstrahlungsprofile auf das optische Element eingestrahlt werden und die hierbei erzeugten Aberrationen gemessen werden. Anstelle der Messung von (Wellenfront-)Aberrationen mit Hilfe von geeigneten Messvorrichtungen können auch Messungen der Temperaturverteilung des optischen Elements, z.B. mit Hilfe einer IR-Kamera, oder Messungen der Oberflächendeformationen des optischen Elements erfolgen und für die Bestimmung des inhomogenen Temperaturprofils genutzt werden.

Um die Aberrationen (insbesondere Wellenfrontfehler) zu korrigieren, die in den weiter oben beschriebenen Anwendungsfällen beschrieben sind, ist es nicht zwingend erforderlich, dass genau das optische Element oder die optischen Elemente, welche die Wellenfrontfehler erzeugen, gezielt mit der Heizstrahlung inhomogen erwärmt werden, welche die Aberrationen hervorrufen. Die gezielte Erwärmung zur Erzeugung eines inhomogenen Temperaturprofils kann (muss aber nicht) auch auf anderen optischen Elementen vorgenommen werden (Nutzung von Kompensationseffekten innerhalb der Projektionsbelichtungsanlage). Die zu korrigierenden Aberrationen können sich dabei durch thermische Effekte aber auch durch anderweitige Matenalverformungen oder durch Positionsänderungen der Bauteile ergeben und können insbesondere auch von nicht-optischen Bauteilen stammen.

Bei einer Variante reduziert bzw. minimiert die inhomogene Temperaturverteilung Aberrationen in Form von Wellenfrontfehlern, die beim Heizen des optischen Elements während der Betriebspause an dem Teilbereich der Oberfläche erzeugt werden. Diese Variante entspricht dem weiter oben beschriebenen Anwendungsfall b): Wie dort beschrieben wurde, entstehen bei der Erwärmung des Teilbereichs auf eine mittlere Temperatur, die ungefähr der Nulldurchgangs-Temperatur des optischen Elements entspricht, Aberrationen, die durch die inhomogene Temperaturverteilung kompensiert werden können. Das Vorheizen des optischen Elements erfolgt typischerweise ausgehend von einer Referenz-Temperatur, die z.B. bei 22°C liegen kann, auf die mittlere Temperatur, die ungefähr der Nulldurchgangs-Temperatur entspricht. Die Wellenfrontfehler entstehen hierbei aufgrund der inhomogenen Wärmestromverteilung in dem optischen Element, aufgrund von Materialschwankungen bei der Herstellung des optischen Elements, von Fertigungseinflüssen bei der Herstellung des optischen Elements, etc. Die inhomogene Temperaturverteilung kann dazu dienen, diese Wellenfrontfehler weitestgehend zu korrigieren bzw. diese zu minimieren.

Es versteht sich, dass die inhomogene Temperaturverteilung zusätzlich dazu ausgelegt sein kann, die Aberrationen bzw. die Wellenfrontfehler der Projektionsbelichtungsanlage bzw. des optischen Elements zu reduzieren bzw. zu minimieren, die ohne die Beaufschlagung des optischen Elements mit der Heizstrahlung vorhanden sind, was dem weiter oben beschriebenen Anwendungsfall a) entspricht. Die inhomogene Temperaturverteilung, die zu diesem Zweck geeignet ist, kann auf die weiter oben beschriebene Weise bestimmt werden, beispielsweise, indem die (individuellen) Wellenfrontfehler des optischen Elements vermessen werden. Hierbei können auch die in Anwendungsfall d) beschriebenen, auf Matenalschwankungen im (Glasrohling („boule“) bzw. auf Fertigungseinflüsse zurückzuführenden Wellenfrontfehler gemessen und berücksichtigt werden. Ggf. sind die Fertigungseinflüsse für die jeweiligen Spiegel von unterschiedlichen Projektionsbelichtungsanlagen vom gleichen Typ ähnlich, so dass die erforderliche inhomogene Temperaturverteilung des optischen Elements frühzeitig bekannt ist. Auf diese Weise kann zu einem frühen Zeitpunkt ein Strahlformungselement geeignet ausgelegt werden, um die inhomogene Temperaturverteilung mittels eines geeigneten Heizstrahlungsprofils zu erzeugen. Sofern das Strahlformungselement über eine ausreichende Anzahl an Freiheitsgraden, beispielsweise in Form einer Mehrzahl von getrennt ansteuerbaren Segmenten verfügt, ist ohnehin eine gewisse Flexibilität bei der Erzeugung einer gewünschten inhomogenen Temperaturverteilung gegeben. Wie weiter oben beschrieben wurde, ist es auch möglich, dass die Wellenfrontfehler, die an einem optischen Element erzeugt werden, ganz oder teilweise an (mindestens) einem anderen optischen Element korrigiert werden.

Bei einer Variante wird die inhomogene Temperaturverteilung durch das Einstrahlen der Heizstrahlung in den Teilbereich mit mindestens einem von mindestens einem Strahlformungselement gebildeten kontinuierlichen Heizstrahlungsprofil erzeugt. Das kontinuierliche Heizstrahlungsprofil kann mit Hilfe eines geeigneten Strahlformungselements, beispielsweise mit Hilfe eines diffraktiven optischen Elements bzw. mit Hilfe eines Teilbereichs (Segments) eines diffraktiven optischen Elements erzeugt werden. Das diffraktive optische Element kann individuell an die Matenaleigenschaften des optischen Elements, beispielsweise des Spiegels, angepasst sein, der in der Projektionsbelichtungsanlage verwendet wird und mit der Heizstrahlung beaufschlagt wird: Für unterschiedliche Projektionsbelichtungsanlagen gleicher Bauart können verschiedene inhomogene Temperaturverteilungen und damit auch verschiedene diffraktive optischen Elemente verwendet werden. Dies ist aber nicht zwingend der Fall, da die Fertigungseinflüsse bei der Herstellung der jeweiligen Spiegel ggf. ähnlich sind (s.o.), sodass für unterschiedliche Projektionsbelichtungsanlagen gleicher Bauart ggf. dieselben diffraktiven optischen Elemente als Strahlformungselemente verwendet werden können. Typischerweise ist ein jeweiliges Strahlformungselement ausgelegt, ein fest vorgegebenes Heizstrahlungsprofil zu erzeugen. Unter einem Heizstrahlungsprofil wird eine von dem jeweiligen Strahlformungselement in Kombination mit einer Heizstrahlungsquelle erzeugte Wärmestromdichteverteilung verstanden.

Zur Erzeugung der inhomogenen Temperaturverteilung kann ein einziges kontinuierliches Heizstrahlungsprofil verwendet werden, das auf den Teilbereich eingestrahlt wird. Es ist aber auch möglich, dass zwei oder mehr Heizstrahlungsprofile, die von zwei oder mehr Strahlformungselementen erzeugt werden, auf den Teilbereich der Oberfläche eingestrahlt werden. Die Heizstrahlungsprofile können in diesem Fall beispielsweise auf einen jeweiligen Bereich eingestrahlt werden, der größer ist als der Teilbereich der Oberfläche und sich in dem Teilbereich der Oberfläche überlappen, um das inhomogene Temperaturprofil zu erzeugen.

Da die weiter oben beschriebenen Anwendungsfälle nach und nach während der Nutzung der Projektionsbelichtungsanlage auftreten können, können sich auch die einzustellenden inhomogenen Temperaturverteilungen jeweils (innerhalb derselben Projektionsbelichtungsanlage) zeitlich verändern, d.h. je nach Anwendungsfall können unterschiedliche inhomogene Temperaturprofile eingestellt werden. Beim Wechsel zwischen den Anwendungsfällen kann es günstig sein, die Heizleistung der Heizstrahlung oder die inhomogene Temperaturverteilung konstant zu halten, wie nachfolgend beschrieben wird.

Bei einer Variante wird eine Heizleistung der Heizstrahlung zum Erzeugen der inhomogenen Temperaturverteilung während der Betriebspause bei einem nachfolgenden Belichtungsbetrieb der Projektionsbelichtungsanlage beibehalten, wobei in dem Belichtungsbetrieb die Oberfläche des optischen Elements mit Belichtungsstrahlung beaufschlagt wird. Beim Heizen in der Betriebspause wird nach einer gewissen Zeit ein stationärer Zustand erreicht, bei dem die (stationäre) inhomogene Temperaturverteilung (Vorheiztemperatur) an dem optischen Element erzeugt wird. Die Heizleistung, die während der Betriebspause in einem der beiden Anwendungsfälle a) oder b) in das optische Element eingebracht wird, wird in diesem Fall fixiert, d.h. diese wird beibehalten, auch wenn zusätzliche Thermallasten (beispielsweise in Form von Belichtungsstrahlung) an dem jeweiligen optischen Element erzeugt werden. Die Fixierung bzw. Beibehaltung der Heizleistung reduziert im Allgemeinen den Regelungsaufwand während des Belichtungsbetriebs und führt dazu, dass in einer sich an den Belichtungsbetrieb anschließenden weiteren Betriebspause vergleichsweise schnell wieder ein stationärer Zustand erreicht wird, in dem die inhomogene Temperaturverteilung erneut erreicht wird.

Bei einer alternativen Variante wird die Heizleistung der Heizstrahlung während der Betriebspause bei einem nachfolgenden Belichtungsbetrieb, bei dem die Oberfläche des optischen Elements mit Belichtungsstrahlung beaufschlagt wird, verändert, um die inhomogene Temperaturverteilung in dem Teilbereich der Oberfläche (möglichst) beizubehalten. Es kann günstig sein, die inhomogene Temperaturverteilung, die in der Betriebspause erzeugt bzw. eingestellt wird, auch während des Belichtungsbetriebs beizubehalten. Um dies zu erreichen, ist es aufgrund des Wärmeeintrags in das optische Element, der von der Belichtungsstrahlung hervorgerufen wird, in der Regel erforderlich, die Heizleistung der Heizstrahlung zu verändern. Die Heizleistung der Heizstrahlung wird hierbei innerhalb der vorhandenen Freiheitsgrade bei der Bereitstellung der Heizstrahlung bzw. der verfügbaren Heizstrahlungsquellen (s.u.) derart verändert, dass die Summe aller Thermallasten auf dem optischen Element bestmöglich der inhomogenen Temperaturverteilung entspricht, die beim Vorheizen in der Betriebspause erzeugt wurde. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die mittlere Temperatur der der gesamten Oberfläche möglichst konstant gehalten wird oder indem in den Bereichen der Oberfläche, die durch die Belichtungsstrahlung erwärmt werden, weniger Heizstrahlung zugeführt wird, als dies beim Vorheizen der Fall war. Um dies zu ermöglichen, müssen die entsprechenden Bereiche, welche durch die Belichtungsstrahlung erwärmt werden, beim Vorheizen ausreichend stark vortemperiert werden.

Für den Fall, dass eine solche Reduktion der Heizleistung der Heizstrahlung für mehrere verschiedene Betriebsmodi und Belichtungsstrahlungsverteilungen an der Oberfläche des optischen Elements möglich ist, sollte das Vorheizen entsprechend auf ein „gemeinsames“ Profil der inhomogenen Temperaturverteilung ausgelegt werden, d.h. dieses sollte eine hinreichend große Erwärmung in verschiedenen Bereichen der Oberfläche des optischen Elements enthalten.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Projektionsbelichtungsanlage der eingangs genannten Art, bei der die Heizvorrichtung ausgebildet bzw. programmiert ist, zur Reduzierung von Aberrationen der Projektionsbelichtungsanlage beim Heizen während der Betriebspause an mindestens einem Teilbereich der Oberfläche des optischen Elements eine inhomogene Temperaturverteilung zu erzeugen, wobei die inhomogene Temperaturverteilung an dem mindestens einen Teilbereich bevorzugt die Aberrationen der Projektionsbelichtungsanlage im Vergleich zu einer homogenen Temperaturverteilung an dem mindestens einen Teilbereich reduziert.

Bei der Projektionsbelichtungsanlage kann es sich um eine EUV- Lithographieanlage handeln, es ist aber auch möglich, dass es sich um eine UV-Lithographieanlage handelt, die mit UV-Strahlung in einem Wellenlängenbereich von weniger als ca. 370 nm betrieben wird. Die Heizvorrichtung weist zur Erzeugung der Heizstrahlung bzw. zur Beaufschlagung des Teilbereichs der Oberfläche mindestens eine Heizstrahlungsquelle auf. Die Heizstrahlungsquelle kann ausgebildet sein, eine vorgegebene Heizleistung zu erzeugen, wenn diese aktiviert wird, es ist aber auch möglich, dass die Heizleistung der Heizstrahlungsquelle stufenlos einstellbar ist. Die Heizvorrichtung ist ausgebildet bzw. diese weise eine programmierbare Steuerungseinrichtung zur Ansteuerung der mindestens einen Heizstrahlungsquelle auf, um diese (auch) während einer Betriebspause zu aktivieren, um die inhomogene Temperaturverteilung an dem mindestens einen Teilbereich der Oberfläche zu erzeugen.

Bei einer Ausführungsform ist die Heizvorrichtung ausgebildet bzw. programmiert, eine mittlere Temperatur der inhomogenen Temperaturverteilung in dem Teilbereich der Oberfläche zu erzeugen, die um nicht mehr als ±1 ,5 K, bevorzugt um nicht mehr als ±0,5 K von einer Nulldurchgangs-Temperatur des optischen Elements abweicht. Wie weiter oben beschrieben wurde, ist es günstig, das optische Element vor dem Belichtungsbetrieb ungefähr auf die Nulldurchgangs-Temperatur des optischen Elements vorzuheizen, um Aberrationen im Belichtungsbetrieb zu reduzieren.

Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Heizvorrichtung für die Erzeugung der inhomogenen Temperaturverteilung mindestens eine Heizstrahlungsquelle zur Erzeugung von Heizstrahlung und mindestens ein Strahlformungselement zur Erzeugung eine kontinuierlichen Heizstrahlungsprofils auf. Für die Erzeugung der inhomogenen Temperaturverteilung ist die Verwendung eines kontinuierlichen Heizstrahlungsprofils vorteilhaft, wie es beispielsweise von einem Strahlformungselement in Form eines diffraktiven optischen Elements erzeugt wird. Bei der Heizstrahlungsquelle kann es sich um eine IR-Strahlungsquelle, beispielsweise um einen IR-Laser, eine IR-Diode oder dergleichen handeln. Die Heizvorrichtung kann auf unterschiedliche Weise ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Heizvorrichtung wie in der eingangs zitierten DE 10 2019 219289 A1 beschrieben ausgebildet sein, die durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht wird. Die Heizvorrichtung kann beispielsweise eine Mehrzahl von Heizlichtquellen in Form von IR- Strahlern aufweisen, die unabhängig voneinander ein- und ausschaltbar sind, um unterschiedliche Heizstrahlungsprofile zu erzeugen. Wie in der DE 102019 219 289 A1 beschrieben ist, können mehrere Strahlformungselemente bzw. Strahlformungssegmente ein- und desselben diffraktiven optischen Elements dazu verwendet werden, um an unterschiedlichen Teilbereichen der Oberfläche des optischen Elements eine jeweils individuell angepasste inhomogene Temperaturverteilung zu erzeugen. Alternativ kann eine Mehrzahl von Heizköpfen verwendet werden, die jeweils nur ein Heizstrahlungsprofil der Heizstrahlung erzeugen, die auf einen jeweiligen Teilbereich der Oberfläche des optischen Elements eingestrahlt wird. Die Verwendung einer Heizvorrichtung bzw. eines Heizkopfs, der mehrere Heizstrahlungsprofile erzeugen kann, ist jedoch in der Regel günstiger, da dieser bei Vorliegen derselben Anzahl an Freiheitsgraden weitaus weniger Bauraum benötigt.

Es ist auch möglich, dass die Heizvorrichtung ausgebildet ist, die Heizstrahlung, die von zwei oder mehr Strahlformungselementen erzeugt wird, auf räumlich überlappende (gemeinsame) Teilbereiche der Oberfläche des optischen Elements einzustrahlen, so dass die Heizstrahlungsprofile sich räumlich überlagern. Durch das sequentielle oder gleichzeitige Einstrahlen der Heizstrahlung in den gemeinsamen Teilbereich können dort unterschiedliche Heizstrahlungsprofile erzeugt werden. Aus dem Heizstrahlungsprofil, d.h. aus der Intensitätsverteilung der Heizstrahlung an der Oberfläche des optischen Elements in dem jeweiligen Teilbereich, ergibt sich in Kombination mit den Materialeigenschaften des optischen Elements und den thermischen Randbedingungen der gesamten Projektionsbelichtungsanlage die (inhomogene) Temperaturverteilung in dem jeweiligen Teilbereich. Die weiter oben beschriebene Heizvorrichtung kann nicht nur in einer Betriebspause, sondern auch während des Belichtungsbetriebs dazu verwendet werden, um die inhomogene Temperaturverteilung, d.h. nicht nur den Mittelwert der Temperatur, in dem jeweiligen Teilbereich im Hinblick auf Aberrationen bzw. auf Wellenfrontfehler zu optimieren und an unterschiedliche Betriebsmodi der Projektionsbelichtungsanlage anzupassen, in denen jeweils unterschiedliche Wärmelasten in dem jeweiligen Teilbereich erzeugt werden, die auf diese Weise ausgeglichen werden können.

Es ist grundsätzlich möglich, den gesamten optisch genutzten Teilbereich des optischen Elements mit einer Heizvorrichtung zu bestrahlen, die nur eine Heizstrahlungsquelle zur Erzeugung von Heizstrahlung und nur ein Strahlformungselement zur Erzeugung genau eines Heizstrahlungsprofils aufweist. Insbesondere in diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn das Strahlformungselement, typischerweise in Form eines diffraktiven optischen Elements, sehr stark an die Randbedingungen der jeweiligen Projektionsbelichtungsanlage angepasst ist, beispielsweise an das individuelle Ausdehnungsverhalten des optischen Elements, z.B. an dessen Nulldurchgangs-Temperatur, an die EUV- und die IR-Reflektivität des jeweiligen optischen Elements, an die Druckverhältnisse in der Projektionsbelichtungsanlage, etc. In diesem Fall sind die Korrekturmöglichkeiten jedoch stark an die Randbedingungen und vordefinierte zu korrigierende Aberrationen gekoppelt. Die in der DE 102019219 289 A1 beschriebene Heizvorrichtung ermöglicht es demgegenüber aufgrund der höheren Anzahl an Freiheitsgraden, in gewissem Maße auch auf Änderungen der Randbedingungen oder auf Änderungen der zu korrigierenden Aberrationen auch während des Belichtungsbetriebs der Projektionsbelichtungsanlage zu reagieren, ohne dass zu diesem Zweck die Heizvorrichtung oder deren Komponenten, beispielsweise die Strahlformungseinrichtung, ausgetauscht werden müssen. Grundsätzlich ist es auch möglich, dass die Heizvorrichtung zusätzlich mindestens eine Heizeinrichtung aufweist, die zur Erzeugung eines homogenen Heizstrahlungsprofils ausgebildet ist, d.h. eine Heizeinrichtung, die zur Erzeugung einer homogenen Wärmestromdichteverteilung an dem Teilbereich der Oberfläche des optischen Elements ausgebildet ist.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Heizvorrichtung ausgebildet, entweder eine Heizleistung der Heizstrahlung zum Erzeugen der inhomogenen Temperaturverteilung während der Betriebspause bei einem nachfolgenden Belichtungsbetrieb der Projektionsbelichtungsanlage beizubehalten oder die Heizleistung der Heizstrahlung zum Erzeugen der inhomogenen Temperaturverteilung während der Betriebspause bei dem nachfolgenden Belichtungsbetrieb zu verändern, um die inhomogene Temperaturverteilung in dem Teilbereich der Oberfläche im Belichtungsbetrieb beizubehalten. Wie weiter oben beschrieben wurde, kann es günstig sein, die Heizleistung der Heizstrahlung, die in der Betriebspause zur der inhomogenen Temperaturverteilung geführt hat, im Belichtungsbetrieb beizubehalten. Alternativ kann die Heizleistung im Belichtungsbetrieb so verändert werden, dass die inhomogene Temperaturverteilung, die in der Betriebspause erzeugt wird, auch im Belichtungsbetrieb beibehalten wird.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.

Zeichnung Ausführungsbeispiele sind in der schematischen Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 schematisch im Meridionalschnitt eine

Projektionsbelichtungsanlage für die EUV-Projektionslithografie,

Fig. 2a, b schematische Darstellung eines optischen Elements der Projektionsbelichtungsanalage von Fig. 1 sowie einer Heizvorrichtung zum Heizen des optischen Elements in einer Betriebspause sowie in einem Belichtungsbetrieb,

Fig. 3a, b schematische Darstellungen von drei Teilbereichen der Oberfläche des optischen Elements mit drei Heizstrahlungsprofilen und mit drei inhomogenen Temperaturverteilungen, die aus den Heizstrahlungsprofilen resultieren,

Fig. 4 schematische Darstellungen von Wellenfrontfehlern des optischen Elements bei einer homogenen Temperaturverteilung und bei einer inhomogenen Temperaturverteilung in einem der Teilbereiche.

In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen werden für gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile identische Bezugszeichen verwendet.

Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf Fig. 1 exemplarisch die wesentlichen Bestandteile einer optischen Anordnung für die EUV-Lithographie in Form einer Projektionsbelichtungsanlage 1 für die Mikrolithographie beschrieben. Die Beschreibung des grundsätzlichen Aufbaus der Projektionsbelichtungsanlage 1 sowie von deren Bestandteilen ist hierbei nicht einschränkend zu verstehen. Eine Ausführung eines Beleuchtungssystem 2 der Projektionsbelichtungsanlage 1 hat neben einer Licht- bzw. Strahlungsquelle 3 eine Beleuchtungsoptik 4 zur Beleuchtung eines Objektfeldes 5 in einer Objektebene 6. Bei einer alternativen Ausführung kann die Lichtquelle 3 auch als ein zum sonstigen Beleuchtungssystem separates Modul bereitgestellt sein. In diesem Fall umfasst das Beleuchtungssystem die Lichtquelle 3 nicht.

Beleuchtet wird ein im Objektfeld 5 angeordnetes Retikel 7. Das Retikel 7 ist von einem Retikelhalter 8 gehalten. Der Retikelhalter 8 ist über einen Retikelverlagerungsantrieb 9 insbesondere in einer Scanrichtung verlagerbar.

In 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 der Fig. 1 längs der y-Richtung. Die z-Richtung verläuft senkrecht zur Objektebene 6.

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

Bei der Strahlungsquelle 3 handelt es sich um eine EUV-Strahlungsquelle. Die Strahlungsquelle 3 emittiert insbesondere EUV-Strahlung 16, welche im Folgenden auch als Nutzstrahlung, Beleuchtungsstrahlung oder Beleuchtungslicht bezeichnet wird. Die Nutzstrahlung hat insbesondere eine Wellenlänge im Bereich zwischen 5 nm und 30 nm. Bei der Strahlungsquelle 3 kann es sich um eine Plasmaquelle handeln, zum Beispiel um eine LPP-Quelle (Laser Produced Plasma, mithilfe eines Lasers erzeugtes Plasma) oder um eine DPP-Quelle (Gas Discharged Produced Plasma, mittels Gasentladung erzeugtes Plasma). Es kann sich auch um eine synchrotronbasierte Strahlungsquelle handeln. Bei der Strahlungsquelle 3 kann es sich um einen Freie-Elektronen-Laser (Free-Electron-Laser, FEL) handeln.

Die Beleuchtungsstrahlung 16, die von der Strahlungsquelle 3 ausgeht, wird von einem Kollektorspiegel 17 gebündelt. Bei dem Kollektorspiegel 17 kann es sich um einen Kollektorspiegel mit einer oder mit mehreren ellipsoidalen und/oder hyperboloiden Reflexionsflächen handeln. Die mindestens eine Reflexionsfläche des Kollektorspiegels 17 kann im streifenden Einfall (Grazing Incidence, Gl), also mit Einfallswinkeln größer als 45°, oder im normalen Einfall (Normal Incidence, NI), also mit Einfallwinkeln kleiner als 45°, mit der Beleuchtungsstrahlung 16 beaufschlagt werden. Der Kollektorspiegel 17 kann einerseits zur Optimierung seiner Reflektivität für die Nutzstrahlung und andererseits zur Unterdrückung von Falschlicht strukturiert und/oder beschichtet sein.

Nach dem Kollektorspiegel 17 propagiert die Beleuchtungsstrahlung 16 durch einen Zwischenfokus in einer Zwischenfokusebene 18. Die Zwischenfokusebene 18 kann eine Trennung zwischen einem Strahlungsquellenmodul, aufweisend die Strahlungsquelle 3 und den Kollektorspiegel 17, und der Beleuchtungsoptik 4 darstellen.

Die Beleuchtungsoptik 4 umfasst einen Umlenkspiegel 19 und diesem im Strahlengang nachgeordnet einen ersten Facettenspiegel 20. Bei dem Umlenkspiegel 19 kann es sich um einen planen Umlenkspiegel oder alternativ um einen Spiegel mit einer über die reine Umlenkungswirkung hinaus bündelbeeinflussenden Wirkung handeln. Alternativ oder zusätzlich kann der Umlenkspiegel 19 als Spektralfilter ausgeführt sein, der eine Nutzlichtwellenlänge der Beleuchtungsstrahlung 16 von Falschlicht einer hiervon abweichenden Wellenlänge trennt. Der erste Facettenspiegel 20 umfasst eine Vielzahl von einzelnen ersten Facetten 21 , welche im Folgenden auch als Feldfacetten bezeichnet werden. Von diesen Facetten 21 sind in der Fig. 1 nur beispielhaft einige dargestellt. Im Strahlengang der Beleuchtungsoptik 4 ist dem ersten Facettenspiegel 20 nachgeordnet ein zweiter Facettenspiegel 22. Der zweite Facettenspiegel 22 umfasst eine Mehrzahl von zweiten Facetten 23.

Die Beleuchtungsoptik 4 bildet somit ein doppelt facettiertes System. Dieses grundlegende Prinzip wird auch als Wabenkondensor (Fly's Eye Integrator) bezeichnet. Mit Hilfe des zweiten Facettenspiegels 22 werden die einzelnen ersten Facetten 21 in das Objektfeld 5 abgebildet. Der zweite Facettenspiegel 22 ist der letzte bündelformende oder auch tatsächlich der letzte Spiegel für die Beleuchtungsstrahlung 16 im Strahlengang vor dem Objektfeld 5.

Das Projektionssystem 10 umfasst eine Mehrzahl von Spiegeln Mi, welche gemäß ihrer Anordnung im Strahlengang der Projektionsbelichtungsanlage 1 durchnummeriert sind.

Bei dem in der Fig. 1 dargestellten Beispiel umfasst das Projektionssystem 10 sechs Spiegel M1 bis M6. Alternativen mit vier, acht, zehn, zwölf oder einer anderen Anzahl an Spiegeln Mi sind ebenso möglich. Der vorletzte Spiegel M5 und der letzte Spiegel M6 haben jeweils eine Durchtrittsöffnung für die Beleuchtungsstrahlung 16. Bei dem Projektionssystem 10 handelt es sich um eine doppelt obskurierte Optik. Die Projektionsoptik 10 hat eine bildseitige numerische Apertur, die größer ist als 0,3 oder 0,5 und die auch größer sein kann als 0,6 und die beispielsweise 0,7 oder 0,75 betragen kann. Die Spiegel Mi können, genauso wie die Spiegel der Beleuchtungsoptik 4, eine hoch reflektierende Beschichtung für die Beleuchtungsstrahlung 16 aufweisen.

Fig. 2a, b zeigen beispielhaft einen der sechs Spiegel Mi der Projektionsoptik 10 der Projektionsbelichtungsanlage 1 von Fig. 1 sowie eine Heizvorrichtung 24. Die Heizvorrichtung 24 umfasst im gezeigten Beispiel drei als IR-Laser ausgebildete Heizstrahlungsquellen 27a-c, die über eine jeweilige Faser 28a-c mit einem Heizkopf 26 der Heizvorrichtung 24 verbunden sind. In dem Heizkopf 26 sind drei Strahlformungseinrichtungen in Form von diffraktiven optischen Elementen 29a-c angeordnet, die in Fig. 2a, b lediglich angedeutet sind. Der Heizkopf 26 dient zur Einstrahlung von Heizstrahlung 31 auf den Spiegel Mi, genauer gesagt auf eine Oberfläche 30 des Spiegels Mi, die an der Oberseite eines Substrats 29 des Spiegels Mi gebildet ist. Die in Fig. 2a, b gezeigte Heizvorrichtung 24 kann beispielsweise wie in der DE 102019 219 289 A1 beschrieben ausgebildet sein.

Das Substrat 29 besteht im gezeigten Beispiel aus titandotiertem Quarzglas, genauer gesagt aus ULE®, das eine Nulldurchgangs-Temperatur Tzc aufweist. Die Nulldurchgangs-Temperatur Tzc des Substrats 29 wird nachfolgend zur Vereinfachung als über das Volumen des Substrats 29 als konstant angesehen, diese weist aber fertigungsbedingt im Volumen des Substrats 29 in der Regel geringfügige Schwankungen auf.

Fig. 2a zeigt das optische Element Mi in einer Betriebspause P, in der keine EUV-Strahlung auf die Oberfläche 30 des Substrats 29 eingestrahlt wird. Fig. 2b zeigt das optische Element Mi während des Belichtungsbetriebs B der Projektionsbelichtungsanlage 1 , in dem die Oberfläche 30 des Substrats 29 mit EUV-Strahlung 16 beaufschlagt wird. An der Oberseite des Substrats 29 ist eine in Fig. 2a, b nicht bildlich dargestellte hochreflektierende Beschichtung aufgebracht, die zur Reflexion der EUV-Strahlung 16 dient. Die reflektierende Beschichtung weist im gezeigten Beispiel eine Mehrzahl von alternierenden Schichten aus Silizium und Molybdän auf.

Wie in Fig. 3a zu erkennen ist, wird die Heizstrahlung 31 auf drei Teilbereiche TBa-c der Oberfläche 30 eingestrahlt, deren Außenkonturen mit dem in Fig. 2 gezeigten, von der EUV-Strahlung 16 bestrahlten, im gezeigten Beispiel kreisförmigen Bereich der Oberfläche 30 des Spiegels Mi übereinstimmt. Die drei Teilbereiche TBa-c sind im gezeigten Beispiel als Kreissektoren ausgebildet und erstrecken sich über einen Winkel von jeweils 120°. Es versteht sich, dass dies nicht zwingend der Fall sein muss und dass die Teilbereiche TBa-c eine andere Geometrie aufweisen können und insbesondere nicht gleich groß sein müssen. Auch können die drei Teilbereiche TBa-c gemeinsam eine größere oder eine kleinere Fläche als den von der EUV-Strahlung 16 bestrahlten Bereich der Oberfläche 30 überdecken, zumal sich die Größe und die Form des mit der Belichtungsstrahlung in Form der EUV-Strahlung 16 bestrahlten Bereichs der Oberfläche 30 in Abhängigkeit von den Beleuchtungseinstellungen der Projektionsbelichtungsanlage 1 verändern kann.

Fig. 3a zeigt stark schematisch die Linien gleicher Intensität einer Intensitätsverteilung bzw. eines jeweiligen kontinuierlichen Heizstrahlungsprofils 32a-c der Heizstrahlung 31 , die von dem Heizkopf 26 auf die Oberfläche 30 des Spiegels Mi eingestrahlt wird. Ein jeweiliges Heizstrahlungsprofil 32a-c wird hierbei von einem der drei Strahlformungselemente 29a-c erzeugt, die in dem Heizkopf 26 untergebracht und einer jeweiligen Heizstrahlungsquelle 27a-c zugeordnet sind. Die drei Heizstrahlungsquellen 27a-c können unabhängig voneinander ein- und ausgeschaltet werden. Für die Ansteuerung kann eine nicht bildlich dargestellte Steuerungseinrichtung der Heizvorrichtung 24 dienen, bei der es sich um eine geeignete Hard- und/oder Software, beispielsweise in Form eines Steuerungscomputers, handeln kann. Durch das Ein- und Ausschalten der Heizstrahlungsquellen 27a-c können die drei Teilbereiche TBa- c unabhängig voneinander mit einem jeweils unterschiedlichen Heizstrahlungsprofil 32a-c beaufschlagt werden, wie dies in Fig. 3a zu erkennen ist. Ein jeweiliges Heizstrahlungsprofil 32a-c ist hierbei durch das jeweilige Strahlformungselement 29a-c fest vorgegeben und kann im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage 1 typischerweise nicht mehr verändert werden.

Aus dem Heizstrahlungsprofil 32a-c, d.h. aus der Intensitätsverteilung der Heizstrahlung 31 an der Oberfläche 30 des Spiegels Mi in dem jeweiligen Teilbereich TBa-c, ergibt sich in Kombination mit den Matenaleigenschaften des Spiegels Mi und den thermischen Randbedingungen der gesamten Projektionsbelichtungsanlage 1 eine inhomogene Temperaturverteilung 33a-c in dem jeweiligen Teilbereich TBa-c, die in Fig. 3b dargestellt ist. Wie in Fig. 3b zu erkennen ist, in der beispielhaft Linien gleicher Temperatur dargestellt sind, unterscheidet sich die inhomogene Temperaturverteilung 33a-c in einem jeweiligen Teilbereich TBa-c aus den oben genannten Gründen von dem eingestrahlten Heizstrahlungsprofil 32a-c, das in Fig. 3a dargestellt ist.

Die inhomogene Temperaturverteilung 33a-c, die in dem jeweiligen Teilbereich TBa-c während der Betriebspause P erzeugt wird, ist derart ausgebildet bzw. gewählt, dass diese eine Reduzierung, bevorzugt eine Minimierung, von Aberrationen der Projektionsbelichtungsanlage 1 ermöglicht. Im gezeigten Beispiel ist es möglich, die Heizleistung Pa, Pb, Pc der jeweiligen Heizstrahlungsquelle 27a-c einzustellen, wodurch die inhomogene Temperaturverteilung 33a-c in dem jeweiligen Teilbereich TBa-c verändert werden kann. Nachfolgen wird davon ausgegangen, dass die Heizleistung Pa, Pb, Pc der drei Heizstrahlungsquellen 27a-c konstant ist bzw. gehalten wird und dass sich während der Betriebspause P ein stationärer Betriebszustand eingestellt hat, bei dem sich die inhomogene Temperaturverteilung 33a-c zeitlich nicht verändert.

Die inhomogenen Temperaturverteilung 33a-c an dem jeweiligen Teilbereich TBa-c kann für unterschiedliche Anwendungsfälle ausgelegt bzw. optimiert werden, bei denen jeweils die Aberrationen der Projektionsbelichtungsanlage 1 in der Betriebspause P und/oder im Belichtungsbetrieb B reduziert bzw. im Idealfall minimiert werden können.

Bei dem in Fig. 3a, b gezeigten Beispiel ist die inhomogene Temperaturverteilung 33a-c in dem jeweiligen Teilbereich TBa-c so gewählt bzw. festgelegt, dass diese Aberrationen der Projektionsbelichtungsanlage 1 reduziert, die bereits von dem Spiegel Mi erzeugt werden, wenn weder Heizstrahlung 31 noch Belichtungsstrahlung 16 auf den Spiegel Mi eingestrahlt wird. Zudem werden auch diejenigen Aberrationen reduziert, die durch das Aufheizen des Spiegels Mi von einer Referenztemperatur, üblicherweise von Raumtemperatur (22°C), auf eine über den jeweiligen Teilbereich TBa-c gemittelte mittlere Temperatur TM ₃ , Ti ib, TMC auftreten.

Die mittlere Temperatur TM ₃ , Tivib, TMC der inhomogenen Temperaturverteilung 33a-c in dem jeweiligen Teilbereich TBa-c der Oberfläche 30 ist aufgrund einer geeigneten Auslegung der Heizvorrichtung 24 so festgelegt, dass diese um nicht mehr als ±1 ,5 K, typischerweise um nicht mehr als ±0,5 K von der Nulldurchgangs-Temperatur Tzc des Substrats 29 des optischen Elements Mi abweicht. Es ist nicht zwingend erforderlich, dass die mittlere Temperatur TM ₃ , TMb, TMC der inhomogenen Temperaturverteilung 33a-c in dem angegebenen Intervall um die Nulldurchgangs-Temperatur Tzc liegt. Die inhomogene Temperaturverteilung 33a-c, die in Fig. 3b angedeutet ist, ermöglicht es zudem, Wellenfrontfehler des Spiegels Mi zu korrigieren, die auf individuelle Matenaleigenschaften genau dieses Spiegels Mi zurückzuführen sind, die Wellenfrontfehler, die nur bei diesem Spiegel Mi aber nicht bei anderen Spiegeln gleicher Bauart auftreten, die in anderen Projektionsbelichtungsanlagen 1 gleichen Typs verwendet werden.

Durch die inhomogene Temperaturverteilung 33a-c, die an den jeweiligen Teilbereichen TBa-c erzeugt wird, können Wellenfrontfehler im Vergleich zu einer homogenen Temperaturverteilung in den jeweiligen Teilbereichen TBa-c reduziert werden, wobei bei der homogenen Temperaturverteilung ein jeweiliger Teilbereich TBa-c konstant auf die mittlere Temperatur TMa, TMÖ, TMC der inhomogenen Temperaturverteilung 33a-c erwärmt wird.

Fig. 4 zeigt Aberrationen in Form von Wellenfrontfehlern, die in Form von Zernike-Koeffizienten Z2, Z3 ausgedrückt sind, die im gezeigten Beispiel über die drei Teilbereiche TBa-c gemittelt wurden. In Fig. 4 links sind die Wellenfrontfehler Z2, Z3 dargestellt, die bei einer homogenen Temperaturverteilung an den drei Teilbereichen TBa-c erzeugt werden, während in Fig. 4 rechts die Wellenfrontfehler Z2, Z3 dargestellt sind, die bei der inhomogenen Temperaturverteilung 33a entstehen, die in Fig. 3b dargestellt ist. Es ist deutlich erkennbar, dass die inhomogene Temperaturverteilung 33a die Wellenfrontfehler Z2, Z3 gegenüber einer homogenen Temperaturverteilung in den drei Teilbereichen TBa-c deutlich reduziert.

Bei dem weiter oben beschriebenen Beispiel wurden die Wellenfrontfehler Z2, Z3 für einen stationären Betriebszustand in einer Betriebspause P optimiert, bei dem der Spiegel Mi im Mittel auf eine gewünschte Vorheiz-Temperatur erwärmt wurde, die ungefähr der Nulldurchgangs-Temperatur Tzc entspricht. Es versteht sich, dass im Belichtungsbetrieb B aufgrund der Einstrahlung der Belichtungsstrahlung 16 zusätzliche Aberrationen auftreten. Auch zur Reduzierung der Aberrationen, die im Belichtungsbetrieb B entstehen, kann die Heizvorrichtung 24 verwendet werden. Hierbei bestehen verschiedene Möglichkeiten:

Es ist möglich, die Heizleistung Pa, Pb, Pc der Heizstrahlung 31 zum Erzeugen der inhomogenen Temperaturverteilung 33a-c während der Betriebspause P beim nachfolgenden Belichtungsbetrieb B der Projektionsbelichtungsanlage 1 beizubehalten. Aufgrund des Wärmeeintrags durch die Belichtungsstrahlung 16 werden in diesem Fall an den jeweiligen Teilbereichen TBa-c zwar die in Fig. 3a dargestellten Heizstrahlungsprofile 32a-c auch im Belichtungsbetrieb B erzeugt, aber die Temperaturprofile an den jeweiligen Teilbereichen TBa-c stimmen im Belichtungsbetrieb B nicht mehr mit den in Fig. 3b dargestellten inhomogenen Temperaturprofilen 33a-c überein.

Alternativ ist es möglich, dass die Heizvorrichtung 24 die Heizleistung Pa, Pb, Pc der Heizstrahlung 31 , die zum Erzeugen der inhomogenen Temperaturverteilung 33a-c während der Betriebspause P geführt hat, im nachfolgenden Belichtungsbetrieb B verändert, um idealerweise die jeweilige inhomogene Temperaturverteilung 33a-c in dem Teilbereich TBa-c der Oberfläche 30 beizubehalten, die während der Betriebspause P vorgegeben wurde (vgl. Fig. 3b). Zu diesem Zweck können die drei Heizleistungen Pa, Pb, Pc der Heizstrahlungsquellen 27a-c geeignet modifiziert werden. In beiden Fällen können durch die Heizvorrichtung 24 auch während des Belichtungsbetriebs B die Aberrationen der Projektionsbelichtungsanlage 1 reduziert werden.

Die Bestimmung der inhomogenen Temperaturverteilung 33a-c in dem jeweiligen Teilbereich TBa-c, welche die Aberrationen der Projektionsbelichtungsanlage 1 reduziert, kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Die inhomogene Temperaturverteilung 33a-c kann beispielsweise durch Simulationen bestimmt werden, ggf. unter Einbeziehung individueller materialspezifischer Eigenschaften des betreffenden Spiegels Mi, beispielsweise unter Berücksichtigung einer gemittelten oder ggf. auch einer ortsaufgelöst bestimmten Verteilung der Nulldurchgangs-Temperatur Tzc des Substrats 29 des Spiegels Mi. Die Bestimmung der inhomogenen Temperaturverteilung 33a-c kann auch experimentell erfolgen, beispielsweise durch die Variation verschiedener Heizleistungen Pa, Pb, Pc bei der Beaufschlagung des Spiegels Mi mit der Heizstrahlung 31 , wobei ggf. probeweise Heizstrahlung 31 mit unterschiedlichen Heizstrahlungsprofilen auf den Spiegel Mi eingestrahlt wird und die hierbei erzeugten Aberrationen gemessen werden. Anstelle der Messung von (Wellenfront-)Aberrationen Z2, Z3, ... mit Hilfe von geeigneten Messvorrichtungen, z.B. mittels eines Shack- Hartmann-Sensors, können auch Messungen der Temperaturverteilung des Spiegels Mi, z.B. mit Hilfe einer IR-Kamera, oder Messungen der Oberflächendeformationen des Spiegels Mi erfolgen und für die Bestimmung des inhomogenen Temperaturprofils 33a-c genutzt werden.

Die inhomogene Temperaturverteilung 33a-c kann auch dazu dienen, um Aberrationen der Projektionsbelichtungsanlage 1 zu reduzieren, die nicht durch den Spiegel Mi selbst entstehen, sondern die auf andere Effekte zurückzuführen sind (Nutzung von Kompensationseffekten innerhalb der Projektionsbelichtungsanlage). Die zu korrigierenden Aberrationen können sich dabei durch thermische Effekte, durch anderweitige Materialverformungen oder durch Positionsänderungen der Bauteile ergeben und können insbesondere auch von nicht-optischen Bauteilen stammen.

Es versteht sich, dass an der Oberfläche 30 des Spiegels Mi auch eine größere oder eine geringere Anzahl an Teilbereichen TBa, TBb, TBc, ... vorhanden sein kann, die jeweils mit Heizstrahlung 31 mit einem individuellen

Heizstrahlungsprofil 32a, 32b, 32c, ... beaufschlagt werden. Insbesondere kann die Heizvorrichtung 24 nur eine Heizstrahlungsquelle zur Erzeugung von Heizstrahlung 31 mit einem einzigen Heizstrahlungsprofil aufweisen, das an der Oberfläche 30 des Spiegels Mi erzeugt wird. Alternativ ist es möglich, dass die Heizvorrichtung 24 ausgebildet ist, mehrere Heizstrahlungsprofile 32a, 32b, 32c, ... an der Oberfläche 30 des Spiegels Mi zu erzeugen, die sich teilweise gegenseitig überlappen bzw. sich gegenseitig überlagern.