DE102005057325A1

DE102005057325A1 - Vorrichtung zur Variation der Abbildungseigenschaften eines Spiegels

Info

Publication number: DE102005057325A1
Application number: DE200510057325
Authority: DE
Inventors: Jürgen HARTMAIER
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2005-12-01
Filing date: 2005-12-01
Publication date: 2007-06-06

Abstract

Zur Variation der Abbildungseigenschaften eines Spiegels, insbesondere eines Spiegels in einem Projektionsobjektiv für die Halbleiterlithographie, ist die Rückseite des Spiegels mit Aktuatoren (24) versehen, durch deren Aktivierung die Spiegeloberfläche veränderbar ist. Dabei ist die Rückseite des Spiegels mit stab- oder stegförmigen Elementen (12-23) versehen, auf die die Aktuatoren (24) in der Weise einwirken, dass die stab- oder stegförmigen Elemente (12-23) bei der Aktivierung der Aktuatoren (24) unabhängig voneinander gezielt in ihren Längen derart veränderbar sind, dass diese Änderungen zu lokalen Formänderungen auf der Spiegeloberfläche führen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Variation von Abbildungseigenschaften eines Spiegels, insbesondere eines in einem Projektionsobjektiv für die Halbleiterlithographie verwendeten Spiegels.

Spiegel sind bei ihrem Einsatz in optischen Systemen einer Vielzahl von äußeren Einflüssen ausgesetzt, die sich nachteilig auf ihre Abbildungseigenschaften auswirken. Thermische Effekte führen beispielsweise zu Formänderungen der Spiegeloberfläche und damit zu Abbildungsfehlern.

Aus dem Stand der Technik ist eine Reihe von Ansätzen zur Lösung dieser Problematik bekannt.

Zum Stand der Technik bezüglich Projektionsobjektiven und zu Spiegeln für die Präzisionsoptik wird allgemein auf die DE 102 25 265 A1 , die DE 102 46 828 A1 sowie auf „Berichte aus dem Maschinenbau, Ein Beitrag zur Untersuchung von Bimorphspiegeln für die Präzisionsoptik", Dissertation Timo Möller, Shaker Verlag, Aachen 2002, verwiesen.

Aus dem US-Patent US 4 202 605 ist ein adaptiver Spiegel bekannt, der aus einer Vielzahl von sechseckigen Elementen besteht, deren Oberflächen jeweils für sich starr sind und die zur Anpassung der Abbildungseigenschaften des Spiegels einzeln durch Aktuatoren wie beispielsweise Piezoaktuatoren bewegt werden. Dabei kommt es jedoch zu Unstetigkeiten in der Spiegeloberfläche, die ihrerseits zu einer Verschlechterung der Abbildungseigenschaften des Spiegels führen. Um den genannten Effekt klein zu halten, ist eine Vielzahl einzeln ansteuerbarer Elemente nötig, was die Komplexität des Systems sowohl hinsichtlich der mechanischen Realisation als auch hinsichtlich der elektrischen Ansteuerung erhöht.

Ein davon abweichender Ansatz wird in der US-Patentschrift US 6 411 426 B1 verfolgt. In der genannten Schrift ist eine Anordnung offenbart, bei der über einzelne Stempel an unterschiedlichen Stellen auf der Rückseite eines Spiegels Kräfte eingeleitet werden. Der beschriebene Aufbau ist jedoch mechanisch aufwendig und damit schwierig zu realisieren.

In der deutschen Offenlegungsschrift DE 100 46 379 A1 , die auf die Anmelderin zurückgeht, wird ein System vorgestellt, bei dem zur Beseitigung von Abbildungsfehlern piezoelektrische Elemente in Form von dünnen Platten, Folien oder Schichten auf die Rückseite der zu deformierenden Spiegelfläche aufgebracht sind, die in Verbindung mit einem adaptronischen Regelkreis gezielt angesteuert werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, durch die die Geometrie von Spiegeln, insbesondere von Spiegeln in Projektionsobjektiven für die Halbleiterlithographie, mit hoher Ortsauflösung und Präzision angepasst werden kann, um die Abbildungseigenschaften der Spiegel flexibel optimieren zu können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung gelöst, bei der die Rückseite des Spiegels mit Aktuatoren versehen ist, durch deren Aktivierung die Spiegeloberfläche veränderbar ist, wobei die Rückseite des Spiegels mit stab- oder stegförmigen Elementen versehen ist, auf die die Aktuatoren in der Weise einwirken, dass die stab- oder stegförmigen Elemente bei der Aktivierung der Aktuatoren unabhängig von einander gezielt in ihren Längen derart veränderbar sind, dass diese Änderungen zu lokalen Formänderungen auf der Spiegeloberfläche führen.

Zur Bestimmung der gewünschten Auslenkungen der Aktuatoren können die Abbildungsfehler des optischen Systems kontinuierlich oder auch zyklisch vermessen werden. In einer Steuereinheit werden aus den so erhaltenen Messwerten über einen entsprechenden Rechenalgorithmus die Steuerparameter für die Ansteuerung jedes einzelnen Aktuators gewonnen. Üblicherweise sind Auslenkungen der stab- und stegförmigen Elemente im μm- Bereich für eine Korrektur von Abbildungsfehlern ausreichend. Damit können die Abbildungseigenschaften des optischen Systems ständig – insbesondere ohne einen zusätzlichen Justageschritt während des Betriebes – mit einer hohen lokalen Auflösung optimiert werden, was zu einer über die Betriebszeit erheblich verbesserten Abbildungsqualität sowie zu einer erhöhten nutzbaren Laufzeit des Systems führt. Insbesondere bei optischen Systemen in der Produktion, beispielsweise bei Projektionsobjektiven für die Halbleiterlithographie ist die Qualität der Abbildungseigenschaften der verwendeten optischen Systeme von erheblicher Bedeutung, da sie sich unmittelbar auf die Ausbeute an verwendbaren Bauelementen und damit – in Verbindung mit der aufgrund des weggefallenen Justageschrittes erhöhten Systemlaufzeit – erheblich auf die Produktivität der Anlage auswirkt.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass die stab- oder stegförmigen Elemente aus dem Material des Spiegels durch ein Umformverfahren herausgearbeitet sind. Als Umformverfahren kommt dabei insbesondere Fräsen oder auch Erodieren in Frage. Die einstückige Gestaltung des Spiegels und der stab- oder stegförmigen Elemente hat den Vorteil, dass der Kraftschluss zwischen Spiegel und stab- oder stegförmigen Elementen maximal ist und die optimale mechanische Stabilität des Systems gewährleistet ist.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die stab- oder stegförmigen Elemente als Rahmenstrukturen, beispielsweise in Form von Vielecken insbesondere als Hexagone um einzelne Felder ausgebildet. Der besondere Vorteil der Gestaltung der Vielecke als Hexagone besteht darin, dass Hexagone optimal geeignet sind, eine Fläche lückenlos auszufüllen; selbstverständlich sind auch andere mosaikartige Strukturen denkbar.

Eine besonders effiziente Variante zur Anpassung der Form der Spiegeloberfläche lässt sich dadurch realisieren, dass die stab- oder stegförmigen Elemente, die die Seiten der Rahmen struktur bilden, durch die Aktuatoren in ihrer Länge veränderbar sind. Damit wird es möglich, beispielsweise die Form der Spiegeloberfläche lediglich im Bereich eines einzelnen Feldes anzupassen, ohne dass andere Teile der Spiegeloberfläche deformiert werden. Auf diese Weise lässt sich eine sehr differenzierte Anpassung der Spiegelgeometrie realisieren. Dieser Effekt kann dadurch noch verstärkt werden, dass im Innenraum der durch die Rahmenstrukturen gebildeten Felder zusätzliche stab- oder stegförmige Elemente verlaufen, die in ihrer Länge veränderbar sind.

Eine derartige Struktur lässt sich beispielsweise dadurch schaffen, dass auf der Rückseite des Spiegels zwei hexagonale Rahmenstrukturen gegeneinander versetzt in der Weise angeordnet werden, dass jeweils die Rahmenelemente des einen Hexagons in der Diagonalen des anderen verlaufen.

Vorteilhafte Möglichkeiten für die Wahl der Aktuatoren bestehen dabei darin, dass diese die Länge der stab- oder stegförmigen Elemente aufgrund thermischer Längenänderungen verändern. Dabei können die Aktuatoren beispielsweise als Bimetalle ausgebildet sein und jeweils einzeln oder in definierten Gruppen durch Heizdrähte erwärmt bzw. mittels einer Kühlflüssigkeit abgekühlt werden. Ebenso ist es denkbar, die stab- oder stegförmigen Elemente direkt zu erwärmen bzw. zu kühlen und damit unmittelbar als thermische Aktuatoren zu verwenden.

Auch eine Längenänderung aufgrund elektromechanischer Effekte wie beispielsweise durch den Piezoeffekt kann vorteilhaft zur Anwendung gebracht werden. In diesem Fall sind die Aktuatoren einzeln elektrisch zu kontaktieren. Der besondere Vorteil der Verwendung von Piezoaktuatoren besteht dabei in der schnellen Ansprechbarkeit dieser Bauelemente.

Nachfolgend ist anhand der Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung prinzipmäßig beschrieben.

Es zeigt:

1 eine Prinzipdarstellung einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie, welche zur Belichtung von Strukturen auf mit photosensitiven Materialien beschichtete Wafer verwendbar ist;

2 eine Prinzipdarstellung einer auf einer Spiegelrückseite ausgefrästen Hexagonstruktur, und

3 ein einzelnes stegförmiges Element mit Aktuator.

In 1 ist eine Projektionsbelichtungsanlage 1 für die Mikrolithographie dargestellt. Diese dient zur Belichtung von Strukturen auf ein mit photosensitiven Materialien beschichtetes Substrat, welches im allgemeinen überwiegend aus Silizium besteht und als Wafer 2 bezeichnet wird, zur Herstellung von Halbleiterbauelementen, wie z.B. Computerchips.
Die Projektionsbelichtungsanlage 1 besteht dabei im wesentlichen aus einer Beleuchtungseinrichtung 3, einer Einrichtung 4 zur Aufnahme und exakten Positionierung einer mit einer gitterartigen Struktur versehenen Maske, einem sogenannten Reticle 5, durch welches die späteren Strukturen auf dem Wafer 2 bestimmt werden, einer Einrichtung 6 zur Halterung, Bewegung und exakten Positionierung eben dieses Wafers 2 und einer Abbildungseinrichtung, nämlich einem Projektionsobjektiv 7, mit mehreren optischen Elementen, wie z.B. Linsen 8, die über Fassungen 9 in einem Objektivgehäuse 10 des Projektionsobjektives 7 gelagert sind.
Das grundsätzliche Funktionsprinzip sieht dabei vor, dass die in das Reticle 5 eingebrachten Strukturen auf den Wafer 2 verkleinert abgebildet werden.
Nach einer erfolgten Belichtung wird der Wafer 2 in Pfeilrichtung weiterbewegt, sodass auf demselben Wafer 2 eine Vielzahl von einzelnen Feldern, jeweils mit der durch das Reticle 5 vorgegebenen Struktur, belichtet wird. Aufgrund der schrittweisen Vorschubbewegung des Wafers 2 in der Projektionsbelich tungsanlage 1 wird diese häufig auch als Stepper bezeichnet.
Die Beleuchtungseinrichtung 3 stellt einen für die Abbildung des Reticles 5 auf dem Wafer 2 benötigten Projektionsstrahl 11, beispielsweise Licht oder eine ähnliche elektromagnetische Strahlung, bereit. Als Quelle für diese Strahlung kann ein Laser oder dergleichen Verwendung finden. Die Strahlung wird in der Beleuchtungseinrichtung 3 über optische Elemente so geformt, dass der Projektionsstrahl 11 beim Auftreffen auf das Reticle 5 die gewünschten Eigenschaften hinsichtlich Durchmesser, Polarisation, Form der Wellenfront und dergleichen aufweist.
Über den Projektionsstrahl 11 wird ein Bild des Reticles 5 erzeugt und von dem Projektionsobjektiv 7 entsprechend verkleinert auf den Wafer 2 übertragen, wie bereits vorstehend erläutert wurde. Das Projektionsobjektiv 7 weist eine Vielzahl von einzelnen refraktiven, diffraktiven und/oder reflexiven optischen Elementen, wie z.B. Linsen, Spiegeln, Prismen, Abschlussplatten und dergleichen auf.
2 zeigt eine auf der Rückseite eines Spiegels angeordnete Rahmenstruktur, die aus hexagonalen Vielecken besteht. Dabei sind zusätzlich (nur für zwei Hexagone eingezeichnet) stabförmige Elemente mit Aktuatoren in diagonaler Richtung in den Hexagonen angeordnet. Im vorliegenden Beispiel wird durch die stab- oder stegförmigen Elemente 12–17 ein erstes Hexagon und durch die stab- oder stegförmigen Elemente 18–23 ein zweites Hexagon gebildet. Die Elemente 14 und 15 verlaufen dabei in einer Diagonalen des zweiten Hexagons, entsprechend verlaufen die Elemente 22 und 23 in einer Diagonalen des ersten Hexagons. Damit wird das durch die stab- oder stegförmigen Elemente 18–23 gebildete Hexagon in drei rautenförmige Teilbereiche unterteilt; eines der rautenförmigen Teilelemente wird beispielsweise durch die stab- oder stegförmigen Elemente 14, 15, 22, 23 gebildet.
Eine Alternative zu der in 2 dargestellten Anordnung be steht darin, dass die stab- oder stegförmigen Elemente von einer Ecke eines Hexagons zur gegenüberliegenden Ecke verlaufen; auf diese Weise würde jedes Hexagon in jeweils 6 Dreiecke unterteilt.
Im stegförmigen Element 13 ist beispielhaft der Aktuator 24 dargestellt; derartige Aktuatoren kommen auch in den weiteren Elementen zur Anwendung.
Die hier ausschnittsweise dargestellte Struktur bedeckt die gesamte Rückseite des Spiegels und erlaubt damit die Kontrolle der Form des Spiegels an jedem Punkt bis in den μm-Bereich genau.
3 zeigt als Detaildarstellung das stegförmige Element 23 mit dem darin integrierten und als Piezoelement ausgebildeten Aktuator 24. Der Aktuator 24 ist über die Verbindungs- und Kraftübertragungselemente 25–28 mit dem stegförmigen Element 13 kraftschlüssig verbunden. Die elektrische Verbindung mit der nicht dargestellten Steuereinheit erfolgt über die elektrische Schnittstelle 29. Die Anordnung des Aktuators 24 im Inneren des stegförmigen Elementes 23 gewährleistet dabei den Schutz des Aktuators 24 vor externen mechanischen Beanspruchungen bei kompakter Bauweise des Systems aus stegförmigem Element 13 und Aktuator 24.

Claims

Vorrichtung zur Variation der Abbildungseigenschaften eines Spiegels, insbesondere eines Spiegels in einem Projektionsobjektiv für die Halbleiterlithographie, wobei die Rückseite des Spiegels mit Aktuatoren (24) versehen ist, durch deren Aktivierung die Spiegeloberfläche veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückseite des Spiegels mit stab- oder stegförmigen Elementen (12–23) versehen ist, auf die die Aktuatoren (24) in der Weise einwirken, dass die stab- oder stegförmigen Elemente (12–23) bei der Aktivierung der Aktuatoren (24) unabhängig voneinander gezielt in ihren Längen derart veränderbar sind, dass diese Änderungen zu lokalen Formänderungen auf der Spiegeloberfläche führen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die stab- oder stegförmigen Elemente (12–23) aus dem Material des Spiegels durch ein Umformverfahren herausgearbeitet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die stab- oder stegförmigen Elemente (12–23) als Rahmenstrukturen um einzelne Felder ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rahmenstrukturen als Vielecke ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielecke als Hexagone ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die stab- oder stegförmigen Elemente, die die Seiten der Rahmenstruktur bilden, durch die Aktuatoren (24) in ihrer Länge veränderbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Innenraum der durch die Rahmenstrukturen gebildeten Felder zusätzliche stab- oder stegförmige Elemente (22, 23, 14, 15) verlaufen, die durch die Aktuatoren (24) in ihrer Länge veränderbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoren (24) die Länge der stab- oder stegförmigen Elemente (12–23) aufgrund elektromechanischer Effekte verändern.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoren (24) die Länge der stab- oder stegförmigen Elemente (12–23) aufgrund thermischer Längenänderungen verändern.
Projektionsobjektiv, insbesondere für die Halbleiterlithographie, mit wenigstens einem Spiegel, dadurch gekennzeichnet, dass die Abbildungseigenschaften des Spiegels variiert werden können, wobei die Rückseite des Spiegels mit Aktuatoren (24) versehen ist, durch deren Aktivierung die Spiegeloberfläche veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückseite des Spiegels mit stab- oder stegförmigen Elementen (12–23) versehen ist, auf die die Aktuatoren (24) in der Weise einwirken, dass die stab- oder stegförmigen Elemente (12–23) bei der Aktivierung der Aktuatoren (24) unabhängig voneinander gezielt in ihren Längen derart veränderbar sind, dass diese Änderungen zu lokalen Formänderungen auf der Spiegeloberfläche führen.