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Die
Erfindung betrifft eine Projektionsbelichtungsanlage für
die Halbleiterlithographie mit optischen Komponenten.
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Durch
die Lagerung von optischen Elementen auf diskreten Stütz-/Lagerstellen
in optischen Komponenten wie beispielsweise in Baugruppen von Projektionsobjektiven
für die Halbleiterlithographie entstehen beispielsweise
an der Verbindungsstelle zu einer Fassung Deformationen an den optischen Elementen.
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Diese
Deformationen sind dabei insbesondere die Folge parasitärer
Klemmkräfte oder von Veränderungen der verwendeten
Verbindungsstoffe (Kleber, Lote) beim Aushärten oder Tempern.
Durch die derzeit gängige Praxis, unterschiedliche Materialien
zu verbinden, wird die genannte Problematik noch weiter verschärft.
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Die
genannten Deformationen resultieren aus Spannungen im Verbindungsstoff
oder in der Kontaktstelle. In Form von Drift- und Setzeffekten können
diese im Laufe der Zeit zu sogenannten Lifetime-Effekten führen.
Durch Verbindungstechnik mit geringer Deformation sind diese Lifetime-Effekte
minimierbar.
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Um
der geschilderten Problematik zu begegnen, werden beispielsweise
zur Fassung von Spiegeln in aktuellen EUV-Projektionsobjektiven
für die Halbleiterlithographie Buchsenverbindungen verwendet,
welche Verbindungs- bzw. Klebestellen zeigen, die sich radial außerhalb
der Buchsen befinden.
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Dabei
werden die Buchsen in entsprechende Löcher im Spiegel geklebt.
Die Deformationswirkung der Verbindungsspannungen hängt
hier unmittelbar von der jeweiligen Steifigkeit des Spiegels in
der Umgebung der Buchse ab und tritt direkt am Spiegelkörper
auf. Diese Deformationen werden konventionell nach dem Fügen
(Kleben und Aushärten) korrigiert, wodurch jedoch keine
ausreichend langzeitstabile Verbindungen gewährleistet
werden.
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Eine
verwandte Möglichkeit zur Verbindung eines optischen Elementes
in einer optischen Komponente wird ferner in der US-Patentanmeldung
US 2006/0192328 , die
auf die Anmelderin zurückgeht, beschrieben.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine optische Komponente anzugeben,
in der ein optisches Element in der Weise gelagert ist, dass aufgrund
der Lagerung möglichst geringe Kräfte/Momente
in das optische Element eingetragen werden.
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Diese
Aufgabe wird durch die Vorrichtung mit den in Anspruch 1 angegebenen
Merkmalen gelöst. Die Unteransprüche betreffen
vorteilhafte Varianten und Weiterbildungen der Erfindung.
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Die
erfindungsgemäße optische Komponente zeigt ein
optisches Element und ein Trägerelement für das
optische Element, wobei das optische Element mittels mindestens
eines Verbindungselementes über eine Fügefläche
mit dem Trägerelement verbunden ist. Dabei liegt jedem
Flächenelement der Fügefläche ein weiteres
Flächenelement der Fügefläche auf einer
Außenfläche des Verbindungselements gegenüber.
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Diese
Gestaltung der Verbindung in der Art einer Greifverbindung führt
aufgrund der resultierenden Kompensationswirkung von entgegengerichteten
Kräften zu einer Verringerung der Deformationen des optischen
Elements. Die Greifverbindung konzentriert dabei die parasitären
Kräfte im Zentrum des symmetrischen Verbindungselementes.
Diese Kräfte führen damit nur innerhalb des Verbindungselementes
zu Spannungen und Deformationen.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung besteht dabei in der Verbindung des
Trägerelementes mit dem optischem Element auf einer lokalen,
vom eigentlichen optischen Element abgesetzten symmetrischen Haltegeometrie,
die durch das Verbindungselement realisiert wird.
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Eine
einfache Variante, den oben geschilderten Effekt der paarweisen
Kompensation der entgegengerichteten Kräfte besteht dabei
darin, das Verbindungselement als symmetrischen, insbesondere rotationssymmetrischen
Körper auszubilden.
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Dabei
kann die Symmetrieachse des Verbindungselementes parallel zur optischen
Achse des optischen Elements verlaufen; es ist jedoch auch möglich,
von dieser Parallelität auch geringfügig (< 30°) abzuweichen,
ohne dass dadurch die Funktionalität wesentlich eingeschränkt
wird.
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Das
Verbindungselement kann insbesondere eine zylindrische Form aufweisen
und z. B. in der Weise gebildet sein, dass in das optische Element eine
zylindrische Ausnehmung eingeformt ist, innerhalb derer das Verbindungselement
angeordnet ist. In diesem Fall ist das Verbindungselement monolithisch
mit dem optischen Element verbunden; auch bei einer nicht monolithischen
Verbindung des Verbindungselementes mit dem optischen Element sollte
es vorteilhafterweise zumindest aus dem gleichen Material bestehen,
um Spannungen, die von Temperaturänderungen herrühren,
zu verringern.
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Das
Verbindungselement kann einen Durchmesser von 10 bis 100 mm, vorzugsweise
von 40 bis 80 mm, aufweisen; die Länge des Verbindungselementes
kann 2 bis 50 mm, bevorzugt 3 bis 8 mm, betragen.
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Im
geschilderten Fall der zylindrischen Ausbildung des Verbindungselementes
kann das Trägerelement eine hohlzylindrische Buchse aufweisen, die
das Verbindungselement umgreift.
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Die
Verbindung des Verbindungselements mit dem Trägerelement
kann als stoffschlüssige Verbindung, insbesondere als Klebeverbindung
oder Lötverbindung ausgebildet sein. Auch eine Verbindung
ohne Mitwirkung eines zusätzlichen Stoffes, wie beispielsweise
eine Klemmung oder eine Pressung, ist denkbar.
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Hinsichtlich
der Geometrie sind ringförmige oder segmentierte stoffschlüssige
Verbindungen ebenso denkbar wie kraftschlüssige Verbindungen durch
Flächenlasten oder Kräftepaare. Die Lage der Fügeflächen
kann sowohl auf Umfangsflächen des Verbindungselementes
wie auch auf abgesetzten Planflächen oder schräg
angeordneten Flächen erfolgen.
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Das
Trägerelement kann mit einem Halteelement wie beispielsweise
einer Fassung verbunden, insbesondere verschraubt oder auch einstückig
ausgebildet sein.
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Um
thermische Einflüsse des Verbindungselementes und/oder
des Trägerelementes so weit wie möglich zu minimieren,
kann das Verbindungselement und/oder das Trägerelement
aus einem Material mit geringem thermischen Ausdehnungskoeffizienten,
insbesondere aus ULE, Zerodur oder Invar, bestehen.
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Ferner
können das Verbindungselement und das Trägerelement
aus unterschiedlichen Materialien bestehen; dabei ist es besonders
vorteilhaft, wenn das Trägerelement aus einem Material
besteht, das einen höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten
als das Material des Verbindungselementes aufweist.
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Beispielsweise
kann das Trägerelement aus Metall bestehen, das einen höheren
thermischen Ausdehnungskoeffizienten als das Material des Verbindungselements,
z. B. Keramik oder Glas, aufweist. Im Fall einer Klebeverbindung
bietet sich so die Möglichkeit, einen Teil der hohen thermischen Ausdehnung
des Verbindungsstoffes wie beispielsweise des Klebers in radialer
Richtung zu kompensieren. Das Ausmaß einer dieser Temperaturdehnungskompensation
ist von den verwendeten Materialien und der radialen Breite des
Verbindungsstoffes (Klebespaltdicke) abhängig.
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Nachfolgend
werden einige Ausführungsformen und Varianten der Erfindung
anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele
näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
Schnittdarstellung einer ersten vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung,
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2 einen
Querschnitt durch die in 1 dargestellte Anordnung,
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3 eine
alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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4 eine
weitere alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
und
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5 eine
Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie,
in die mindestens eine der beschriebenen optischen Komponenten integriert
ist.
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1 zeigt
in einer Schnittdarstellung eine erste Ausführungsform
der erfindungsgemäßen optischen Komponente 3.
Das optische Element 1 weist dabei eine im Wesentlichen
zylindrische Ausnehmung auf, innerhalb derer das Verbindungselement 4 angeordnet
ist. Im vorliegenden Fall ist das Verbindungselement 4 als
zylindrischer Zapfen realisiert, der einstückig aus dem
optischen Element 1 ausgeformt ist. Dabei wird das Verbindungselement 4 von dem
als hohlzylindrische Greifbuchse 5 ausgebildeten Trägerelement
entlang der Fügefläche 2, im vorliegenden
Fall der Mantelfläche des Verbindungselements 4,
umschlossen; zwischen der Innenseite der Greifbuchse 5 und
der Fügefläche 2 auf dem Verbindungselement 4 ist
dabei die Kleberschicht 6 angeordnet. Aus 1 wird
unmittelbar klar, dass sich im mit dem Buchstaben A bezeichneten
Innenbereich des Verbindungselementes 4 die von der Fügefläche 2 her
eingeleiteten radialen Kräfte sich gerade gegenseitig kompensieren.
Auf diese Weise wird erreicht, dass Änderungen beispielsweise
der Dicke einer auf der Fügefläche 2 angeordneten
Kleberschicht 6 keine oder allenfalls nur eine sehr reduzierte
Wirkung auf den – mit Buchstaben B bezeichneten – dem
Verbindungselement 4 benachbarten Bereich des optischen
Elementes 1 hat. Somit wird eine langzeitstabile mechanische
Verbindung der Greifbuchse 5 mit dem optischen Element 1 sichergestellt.
Darüber hinaus wird durch die zylindrische Ausnehmung im
optischen Element 1 erreicht, dass auch eine thermale Ausdehnung
des Verbindungselementes 4, der Greifbuchse 5 oder
auch der Kleberschicht 6 keinen bzw. nur einen sehr begrenzten
Effekt auf die – mit Buchstaben B bezeichnete – dem
Verbindungselement 4 benachbarte Umgebung des optischen
Elementes 1 hat. Dies geht darauf zurück, dass
die zylindrische Ausnehmung in der Weise gestaltet ist, dass noch
genügend Raum für eine thermische Ausdehnung der
Greifbuchse 5, des Verbindungselementes 4 oder
auch der Kleberschicht 6 verbleibt.
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In
dem in 1 mit dem Buchstaben C bezeichneten Bereich der
Anordnung kann zusätzlich noch eine mindestens teilweise
Kompensation einer thermischen Ausdehnung der Kleberschicht 6 erfolgen.
Dies lässt sich dadurch erreichen, dass für das Material
der Greifbuchse 5 beispielsweise ein metallischer Werkstoff
verwendet wird, während das Verbindungselement 4 aus
z. B. Zerodur, ULE oder Invar gefertigt ist. Aufgrund der Tatsache,
dass der metallische Werkstoff der Greifbuchse 5 einen
höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten zeigt als
das Material des Verbindungselementes 4, vergrößert sich
bei einer Erwärmung der Anordnung der Bereich zwischen
der Greifbuchse 5 und dem Verbindungselement 4,
in dem die Kleberschicht 6 angeordnet ist, überproportional.
Damit werden die in das Verbindungselement 4 eingetragenen
Kräfte, die aus der thermischen Ausdehnung der Kleberschicht 6 herrühren,
wirksam reduziert.
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Die
in 1 anhand der Buchstaben A, B, C dargestellten
Möglichkeiten zur mechanischen Entkopplung des optischen
Elements 1 sind dabei selbstverständlich jeweils
auch als Einzelmaßnahme oder in einer Unterkombination
der einzelnen Möglichkeiten denkbar.
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2 zeigt
einen Querschnitt der in 1 dargestellten Anordnung entlang
der in 1 mit der gestrichelten Linie X-X angedeuteten
Schnittebene; aus 2 wird die Rotationssymmetrie
der Anordnung noch einmal klar.
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3 zeigt
eine erste alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen
optischen Komponente 3. Das in 3 dargestellte
Verbindungselement 4 ist ebenfalls rotationssymmetrisch,
allerdings in der 3 vorgestellten Alternative
mit einem T-förmig ausgebildeten Querschnitt realisiert.
Die Fügeflächen 2 sind in der 3 dargestellten
Ausführungsform als einander gegenüberliegende,
jeweils oben und unten am Querbalken des T angeordnete, umlaufende
ringförmige Flächen ausgebildet. Die Greifbuchse 5 ist
der Formgebung des Verbindungselementes 4 korrespondierend
gestaltet. Die in 3 dargestellte Ausführungsform
zeigt aufgrund der gegenüber der in 1 bzw. 2 dargestellten
Variante noch etwas stärker abgesetzten Fügeflächen 2 eine
ausgeprägte Deformationsentkopplung des optischen Elements 1.
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4 zeigt
eine weitere alternative Ausführungsform der Erfindung.
Die in 4 dargestellte Ausführungsform zeigt
einen geometrischen Kompromiss zwischen den in 1 bzw. 2 und 3 dargestellten
Varianten der Erfindung. Vorteilhaft an der in 4 dargestellten
Variante ist, dass sich das Verbindungselement 4 – bei ähnlich
guter Deformationsentkopplung wie in 3 – aufgrund
der einfacheren Geometrie der Greifbuchse 5 und insbesondere
des Verbindungselementes 4 selbst erheblich leichter fertigen
und anbringen lässt als die in 3 dargestellte
Variante.
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In 5 ist
eine Projektionsbelichtungsanlage 31 für die Halbleiterlithographie,
in die eine der beschriebenen optischen Komponenten 3 integriert
ist, dargestellt. Die Anlage dient zur Belichtung von Strukturen
auf ein mit photosensitiven Materialien beschichtetes Substrat,
welches im allgemeinen überwiegend aus Silizium besteht
und als Wafer 32 bezeichnet wird, zur Herstellung von Halbleiterbauelementen,
wie z. B. Computerchips.
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Die
Projektionsbelichtungsanlage 31 besteht dabei im wesentlichen
aus einer Beleuchtungseinrichtung 33, einer Einrichtung 34 zur
Aufnahme und exakten Positionierung einer mit einer Struktur versehenen
Maske, eines sogenannten Reticles 35, durch welches die
späteren Strukturen auf dem Wafer 32 bestimmt
werden, einer Einrichtung 36 zur Halterung, Bewegung und
exakten Positionierung eben dieses Wafers 32 und einer
Abbildungseinrichtung, nämlich einem Projektionsobjektiv 37,
mit mehreren optischen Elementen 38, die über
Fassungen 39 in einem Objektivgehäuse 40 des
Projektionsobjektives 37 gelagert sind. Dabei kann eine
erfindungsgemäße optische Komponente 3 an
einer beliebigen Stelle im Projektionsobjektiv 37 angeordnet
sein. Alternativ kann die erfindungsgemäße optische
Komponente 3 auch in der Beleuchtungs einrichtung 33 angeordnet sein.
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Das
grundsätzliche Funktionsprinzip sieht dabei vor, dass die
in das Reticle 35 eingebrachten Strukturen auf den Wafer 32 abgebildet
werden; die Abbildung wird in der Regel verkleinernd ausgeführt.
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Nach
einer erfolgten Belichtung wird der Wafer 32 in Pfeilrichtung
weiterbewegt, sodass auf demselben Wafer 32 eine Vielzahl
von einzelnen Feldern, jeweils mit der durch das Reticle 35 vorgegebenen Struktur,
belichtet wird. Aufgrund der schrittweisen Vorschubbewegung des
Wafers 32 in der Projektionsbelichtungsanlage 31 wird
diese häufig auch als Stepper bezeichnet.
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Die
Beleuchtungseinrichtung 33 stellt einen für die
Abbildung des Reticles 35 auf dem Wafer 32 benötigten
Projektionsstrahl 41, 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 33 über
optische Elemente so geformt, dass der Projektionsstrahl 41 beim
Auftreffen auf das Reticle 35 die gewünschten Eigenschaften
hinsichtlich Durchmesser, Polarisation, Form der Wellenfront und
dergleichen aufweist.
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Über
die Strahlen 41 wird ein Bild des Reticles 35 erzeugt
und von dem Projektionsobjektiv 37 entsprechend verkleinert
auf den Wafer 32 übertragen, wie bereits vorstehend
erläutert wurde. Das Projektionsobjektiv 37 weist
eine Vielzahl von einzelnen refraktiven, diffraktiven und/oder reflexiven
optischen Elementen 38, wie z. B. Linsen, Spiegeln, Prismen, Abschlussplatten
und dergleichen auf.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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