DE102009034502A1

DE102009034502A1 - Optische Baugruppe zur Führung eines EUV-Strahlungsbündels

Info

Publication number: DE102009034502A1
Application number: DE200910034502
Authority: DE
Inventors: Markus Hauf; Severin Waldis; Wilfried Noell; Yves Petremand; Caglar Ataman
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2009-07-24
Filing date: 2009-07-24
Publication date: 2011-01-27

Abstract

Eine optische Baugruppe dient zur Führung eines EUV-Strahlungsbündels. Die optische Baugruppe hat eine evakuierbare Kammer (32) und mindestens einen in der Kammer (32) untergebrachten Spiegel. Letzterer hat eine Mehrzahl von Einzelspiegeln (27), deren Reflexionsflächen (34) sich zu einer gesamten Spiegel-Reflexionsfläche ergänzen. Eine Tragstruktur (36) ist jeweils über einen Wärmeleitungsabschnitt (37) mit einem Spiegelkörper (35) des jeweiligen Einzelspiegels (27) mechanisch verbunden. Zumindest einige der Spiegelkörper (35) haben einen zugeordneten Aktuator (50) zur vorgegebenen Verlagerung des Spiegelkörpers (35) relativ zur Tragstruktur (36) in mindestens einem Freiheitsgrad. Die Wärmeleitungsabschnitte (37) sind zur Abführung einer von den Spiegelkörpern (35) aufgenommenen thermischen Leistungsdichte von mindestens 1 kW/m2 auf die Tragstruktur (36) ausgebildet. Es resultiert eine optische Baugruppe, mit der eine Beleuchtungsoptik aufgebaut werden kann, die auch bei nicht zu vernachlässigender thermischer Last auf den Einzelspiegeln einen hohen EUV-Strahlungsdurchsatz gewährleistet.

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Baugruppe zur Führung eines EUV-Strahlungsbündels. Ferner betrifft die Erfindung eine Beleuchtungsoptik für eine Mikrolithografie-Projektionsbelichtungsanlage zur Ausleuchtung eines Objektfeldes mit Beleuchtungslicht einer Strahlungsquelle, ein Beleuchtungssystem mit einer derartigen Beleuchtungsoptik und der Strahlungsquelle, eine Projektionsbelichtungsanlage mit einem derartigen Beleuchtungssystem, ein Verfahren zur Herstellung eines mikrostrukturierten Bauelements mit einer derartigen Projektionsbelichtungsanlage sowie ein mit einem derartigen Verfahren hergestelltes mikro- bzw. nanostrukturiertes Bauelement.
Eine optische Baugruppe mit einem eine Mehrzahl von aktuatorisch verlagerbaren Einzelspiegeln umfassenden Spiegel ist bekannt aus der US 6,658,084 B2 .
Beleuchtungsoptiken für Mikrolithografie-Projektionsbelichtungsanlagen, bei denen auf den Einzelspiegeln beim Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage thermische Energie deponiert wird, insbesondere beim Betrieb mit EUV (extrem ultraviolett)-Strahlung im Bereich zwischen 5 nm und 30 nm, lassen sich entweder nur mit einer für anspruchsvolle Beleuchtungsaufgaben nicht tolerabel niedrigen Strahlungsleistung betreiben oder haben ebenfalls nicht tolerabel hohe Durchsatzverluste.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine optische Baugruppe der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass hiermit eine Beleuchtungsoptik aufgebaut werden kann, die auch bei nicht zu vernachlässigender thermischer Last auf den Einzelspiegeln einen hohen Beleuchtungslichtdurchsatz gewährleistet.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine optische Baugruppe mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen und durch eine optische Baugruppe mit den im Anspruch 13 angegebenen Merkmalen.
Erfindungsgemäß wurde gemäß einem ersten Aspekt erkannt, dass ein Betrieb im Vakuum den Durchsatz insbesondere bei kleinen Wellenlängen des Beleuchtungslichts im EUV deutlich erhöht, da ein Gas als Wärmetransportmedium im Vakuum nicht mehr zur Verfügung steht und da ferner durch die Atmosphäre herbeigeführte Beleuchtungslichtverluste vermieden sind. Bei der erfindungsgemäßen optischen Baugruppe ist aufgrund der Wärmeleitungsabschnitte mit einer Wärmeabführleistungsdichte von mindestens 1 kW/m2 gewährleistet, dass von den Spiegelkörpern aufgenommene, also nicht reflektierte, optische oder elektrische Leistung effizient von den Spiegelkörpern auf die Tragstruktur abgeführt wird. Eine Überhitzung der Spiegelkörper, die beispielsweise zur Zerstörung von hoch reflektierenden Beschichtungen auf den Spiegelkörpern führen könnte, wird trotz des Betriebs der Spiegelkörper in der evakuierten Kammer vermieden. Aufgrund der Wärmeleitungsabschnitte mit der erfindungsgemäß hohen Wärmeabführleistungsdichte kommt es also nicht auf eine Konvektions-Abführung von Wärme von den Spiegelkörpern oder auf eine Wärmeabfuhr von den Spiegelkörpern über eine Wärmeleitung durch ein stehendes Gasmedium an. Ein Vakuumbetrieb des Spiegels der optischen Baugruppe mit entsprechend geringen EUV-Strahlungsverlusten ist dann ohne Überhitzung der Einzelspiegel möglich. Bei dem Verlagerungs-Freiheitsgrad des Spiegelkörpers relativ zur Tragstruktur handelt es sich um mindestens einen Kipp- und/oder Translationsfreiheitsgrad. Die Reflexionsfläche eines der Spiegelkörper kann eine Ausdehnung von 0,5 mm × 0,5 mm, 1 mm × 1 mm, 4 mm × 4 mm, 8 mm × 8 mm oder auch von 10 mm × 10 mm haben. Die Wärmeleitungsabschnitte können auch zur Abführung einer größeren von den Spiegelkörpern aufgenommenen Leistungsdichte ausgebildet sein. Pro Spiegelkörper kann von einem der Wärmeleitungsabschnitte beispielsweise eine Leistungsdichte von 2 kW/m2, von 5 kW/m2, von 10 kW/m2, von 20 kW/m2, von 50 kW/m2 oder von 100 kW/m2 auf die Tragstruktur abgeführt werden. Die Wärmeleitungsabschnitte können zur Abführung einer von den Spiegelkörpern aufgenommenen thermischen Leistung von mindestens 50 mW auf die Tragstruktur ausgebildet sein. Pro Spiegelkörper kann von einem der Wärmeleitungsabschnitte beispielsweise eine Leistung von 100 mW, von 150 mW oder von 160 mW auf die Tragstruktur abgeführt werden.
Aktuatoren nach Anspruch 2 ermöglichen den Einsatz vergleichsweise steifer Wärmeleitungsabschnitte, die wiederum eine vorteilhaft hohe Wärmeabführkapazität haben können.
Dies gilt insbesondere für Lorentz-Aktuatoren nach Anspruch 3, mit denen hohe Aktuatorkräfte realisierbar sind. Lorentz-Aktuatoren sind prinzipiell bekannt aus der US 7,145,269 B2 .
Eine stromführende Aktuatorkomponente nach Anspruch 4 führt zur Möglichkeit eines Aufbaus des Aktuators mit hoher Integrationsdichte.
Mehrere Lagen aufgedruckter Leiterbahnen nach Anspruch 5 ermöglichen beispielsweise verschiedene Orientierungen der Leiterbahnen pro aufgedruckter Lage und/oder verschiedene Leiterbahnen-Querschnitte pro aufgedruckter Lage. Auf diese Weise können verschiedene Kraftrichtungen des Aktuators zur Realisierung verschiedener Verlagerungsfreiheitsgrade und/oder verschiedene Kraftniveaus der Verlagerung realisiert werden.
Reluktanz-Aktuatoren nach Anspruch 6, die beispielsweise aus der WO 2007/134574A bekannt sind, ermöglichen ebenfalls hohe Aktuatorkräfte.
Entsprechendes gilt für Piezo-Aktuatoren nach Anspruch 7.
Das optische Element kann mittels eines Lagerungssystems basierend auf Festkörpergelenken so gelagert sein, dass es in den aktuierten Freiheitsgraden hinreichend nachgiebig ist, um mit den zur Verfügung stehenden Aktuatorkräften die geforderte Auslenkung zu erreichen. Gleichzeitig kann die Lagerung so sein, dass die nicht aktuierten Freiheitsgrade eine hinreichende Steifigkeit aufweisen und dass das Lagerungssystem eine ausreichende thermische Leistungsdichte bzw. eine ausreichende absolute thermische Leistung abführen kann. Um die Wärmeleitfähigkeit zu erhöhen, ist es denkbar, zusätzliche Warmeleitungselemente bzw. Wärmeleitungsabschnitte einzusetzen, die eine relativ geringe mechanische Steifigkeit haben können.
Eine Mehrzahl von Wärmeleitungsstreifen nach Anspruch 8 gewährleistet eine zur Verlagerung des Spiegelkörpers notwendige Elastizität der Wärmeleitungsstreifen, bei der gleichzeitig über die Mehrzahl der Wärmeleitungsstreifen eine gute Wärmeabführung ermöglicht ist.
Eine aktive Kühlung der Tragstruktur nach Anspruch 9 verbessert den Wärmehaushalt der optischen Baugruppe nochmals. Bei der aktiven Kühlung kann es sich beispielsweise um eine Wasserkühlung und/oder um eine Peltierkühlung handeln.
Eine Integrationsdichte von mindestens 0,5 nach Anspruch 10 gewährleistet einen geringen Beleuchtungslichtverlust im Bereich der Zwischenräume zwischen den Spiegelkörpern.
Eine matrixförmige, also zeilen- und spaltenweise Anordnung der Spiegelkörper nach Anspruch 11 lässt sich mit sehr hoher Integrationsdichte realisieren.
Wenn die Spiegelkörper nach Anspruch 12 die Facetten eines Facettenspiegels darstellen, ist eine Ausgestaltung einer Belichtungsoptik mit einer optischen Baugruppe mit einem derartigen Spiegelkörper möglich, bei dem ein Objektfeld von jeweils einem der Spiegelkörper vollständig ausgeleuchtet wird. Alternativ ist es möglich, eine derartige Facette eines Facettenspiegels durch eine Mehrzahl derartiger Einzelspiegel zu realisieren. Dies vergrößert die Flexibilität der Beleuchtungsoptik.
Eine optische Baugruppe nach Anspruch 13 gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung führt zu einem besonders guten Kompromiss zwischen guter Beweglichkeit einerseits und gutem Wärmeübertrag andererseits. Die Wärmeleitungsabschnitte gemäß diesem zweiten Aspekt können zur Abführung einer von den Spiegelkörpern aufgenommenen thermischen Leistungsdichte von mindestens 1 kW/m² auf die Tragstruktur ausgebildet sein. Jeder der Wärmeleitungsabschnitte kann zwei, drei oder auch eine größere Anzahl der Wärmeleitungsstreifen aufweisen. Die Wärmeleitungsabschnitte können Teil einer geschlitzten Membran sein. Benachbarte der Wärmeleitungsstreifen können über Schlitze in einer derartigen Membran voneinander beabstandet sein. Der Aktuator kann einen mit dem Spiegelkörper verbundenen und senkrecht zu einer Spiegelebene und/oder senkrecht zu einer Membranebene der geschlitzten Membran verlaufenden Aktuatorstift aufweisen. Stehkräfte auf einen solchen Aktuatorstift können parallel zur Membranebene verlaufen. Der Wärmeleitungsabschnitt mit den Wärmeleitungsstreifen kann, insbesondere, wenn dieser als Membran ausgeführt ist, so gestaltet sein, dass der Aktuatorstift bei Wirkung solcher parallel zur Membranebene verlaufender Stellkräfte nicht unerwünscht durch eine insgesamte translatorische Verlagerung des Aktuatorstifts ausweicht.
Eine Anordnung der Wärmeleitungsstreifen nach Anspruch 14 ermöglicht eine Gestaltung der Wärmeleitungsabschnitte derart, dass für ein Aktuieren der Einzelspiegel gut beherrschbare Kräfteverhältnisse hinsichtlich einer Responskraft des Wärmeleitungsabschnitts auf eine von außen über einen Aktuator aufgebrachte Kraft hin gewährleistet ist.
Zwischenräume nach Anspruch 15 stellen eine Beweglichkeit des Wärmeleitungsabschnitts und damit eine Beweglichkeit des Spiegelkörpers relativ zur Tragstruktur sicher. Zwischen dem inneren und dem äußeren Verbindungsabschnitt können zwei, drei oder auch eine größere Anzahl von Wärmeleitungsstreifen aufeinander folgen. Entsprechend folgen bei dieser Ausführung mehrere Wärmeleitungsstreifen in Umfangsrichtung um den inneren Verbindungsabschnitt herum aufeinander.
Bei einer spiralförmigen Ausgestaltung nach Anspruch 16 können zum Beispiel zwei bis vier derart spiralförmiger Wärmeleitungsstreifen pro Wärmeleitungsabschnitt zum Einsatz kommen. Jeder Wärmeleitungsstreifen kann zwischen einem und zwei Umläufen um ein Zentrum bzw. eine zentrale Achse ausbilden. Bevorzugt ist eine Umlauferstreckung des jeweiligen Wärmeleitungsstreifens um das Zentrum der Spirale, die zwischen 360° und 540° und insbesondere im Bereich von 420° liegt. Alternativ zu einer spiralförmigen Ausgestaltung können die Wärmeleitungsstreifen zwischen dem radial inneren Verbindungsabschnitt des Wärmeleitungsabschnitts und dem radial äußeren Verbindungsabschnitt des Wärmeleitungsabschnitts in Aufsicht gesehen C- oder S-förmig ausgeführt sein. Auch eine Kombination der Gestaltungen „Spiralform”, „C-Form” und „S-Form” ist möglich.
Eine Elektrodenanordnung nach Anspruch 17 ermöglicht eine elektrostatische Aktuierung der Einzelspiegel.
Mehrere Gegenelektroden nach Anspruch 18 ermöglichen eine reproduzierbare Vorgabe über mehrere Kippfreiheitsgrade des jeweiligen Einzelspiegels.
Die vorstehend erläuterten Merkmale der optischen Baugruppe gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung können mit den ebenfalls vorstehend erläuterten Merkmalen der optischen Baugruppe gemäß dem zweiten Aspekt kombiniert werden.
Die Vorteile eines Spiegels nach Anspruch 19 einer Beleuchtungsoptik nach Anspruch 20, eines Beleuchtungssystems nach Anspruch 21, einer Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 22, eines Herstellungsverfahrens nach Anspruch 23 und eines strukturierten Bauelements nach Anspruch 24 entsprechen denjenigen, die vorstehend unter Bezugnahme auf die erfindungsgemäße optische Baugruppe bereits erläutert wurden. Beim Einsatz eines Beleuchtungssystems mit einer EUV-Strahlungsquelle mit einer erzeugten Nutzstrahlung im Bereich von 5 nm bis 30 nm kommen die Vorteile der erfindungsgemäßen optischen Baugruppe besonders gut zum Tragen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. In dieser zeigen:
1 schematisch eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithografie mit einer im Meridionalschnitt dargestellten Beleuchtungsoptik und einer Projektionsoptik;
2 eine Ausleuchtung einer Eintrittspupille der Projektionsoptik in Form eines konventionellen Beleuchtungssettings;
3 eine Ausleuchtung einer Eintrittspupille der Projektionsoptik in Form eines annularen, also ringförmigen, Beleuchtungssettings;
4 eine Ausleuchtung einer Eintrittspupille der Projektionsoptik in Form eines 45°-Quadrupol-Beleuchtungssettings;
5 eine weitere Ausführung einer Beleuchtungsoptik der Projektionsbelichtungsanlage nach 1 mit einem Multispiegel-Array (MMA) und einem von diesem beleuchteten Pupillenfacettenspiegel;
6 schematisch eine Aufsicht auf den Pupillenfacettenspiegel nach 5 mit einer Pupillenfacetten-Ausleuchtung, die einem Beleuchtungssetting entspricht;
7 die Beleuchtungsoptik nach 5 mit einer umgestellten Kanalzuordnung des Multispiegel-Arrays zum Pupillenfacettenspiegel;
8 schematisch eine Aufsicht auf den Pupillenfacettenspiegel nach 7 mit einer Pupillenfacetten-Ausleuchtung, die einem annularen Beleuchtungssetting entspricht;
9 die Beleuchtungsoptik nach 5 mit einer umgestellten Kanalzuordnung des Multispiegel-Arrays zum Pupillenfacettenspiegel;
10 schematisch eine Aufsicht auf den Pupillenfacettenspiegel nach 9 mit einer Pupillenfacetten-Ausleuchtung, die einem Dipol-Beleuchtungssetting entspricht;
11 schematisch eine Ausführung eines Einzelspiegels eines der Facettenspiegel der Beleuchtungsoptik nach 1 bzw. eines Einzelspiegels des Multispiegel-Arrays nach 6 in einer geschnittenen Seitenansicht;
12 perspektivisch eine Ausschnittsvergrößerung der Spiegelanordnung nach 11 im Bereich eines freien Endes eines einen Permanentmagneten aufweisenden Aktuatorstiftes;
13 eine Ausführung einer Aufhängung eines Einzelspiegels nach den 11 und 12;
14 in einer zu 11 ähnlichen Darstellung schematisch zwei nebeneinander liegende Einzelspiegel einer weiteren Ausführung eines der Facettenspiegel der Beleuchtungsoptik nach 1 bzw. des Multispiegel-Arrays nach 6 in einer geschnittenen Seitenansicht, wobei der in der 14 links dargestellte Einzelspiegel in einer unverkippten Neutralstellung und der in der 14 rechts dargestellte Einzelspiegel in einer aktuatorisch verkippten Stellung dargestellt ist;
15 einen Schnitt gemäß Linie XV-XV in 14;
16 schematisch Verfahrensschritte eines Verfahrensablaufs zur Herstellung von Gegenelektroden eines Aktuators zur Verlagerung eines Spiegelkörpers des Einzelspiegels in der Ausführung nach den 14 und 15;
17 schematisch einen Verfahrensablauf eines Verfahrens zur Integration eines Spiegelkörpers mit einer Spiegelfläche mit geringer Rauheit in einen Einzelspiegel der Ausführung nach den 14 und 15;
18 in einer zu 15 ähnlichen Ansicht bereichsweise einen Wärmeleitungsabschnitt der Ausführung des Einzelspiegels nach den 14 und 15;
19 in einer zu 18 ähnlichen Darstellung eine weitere Ausgestaltung von Wärmeleitungsstreifen innerhalb eines Wärmeleitungsabschnitts;
20 in einer zu 18 ähnlichen Darstellung eine weitere Ausgestaltung von Wärmeleitungsstreifen innerhalb eines Wärmeleitungsabschnitts;
21 in einer zu 18 ähnlichen Darstellung eine weitere Ausgestaltung von Wärmeleitungsstreifen innerhalb eines Wärmeleitungsabschnitts;
22 in einer zu 14 ähnlichen Darstellung eine Ausschnittsvergrößerung einer weiteren Ausführung eines Einzelspiegels im Bereich eines Abstandshalters und eines Aktuatorstiftes und einen zwischenliegenden Wärmeleitungsabschnitt; und
23 in einer zu 22 ähnlichen Darstellung eine weitere Ausführung einer Verbindung des Abstandshalters mit dem Aktuatorstift und dem Wärmeleitungsabschnitt.
1 zeigt schematisch in einem Meridionalschnitt eine Projektionsbelichtungsanlage 1 für die Mikrolithografie. Ein Beleuchtungssystem 2 der Projektionsbelichtungsanlage 1 hat neben einer Strahlungsquelle 3 eine Beleuchtungsoptik 4 zur Belichtung eines Objektfeldes 5 in einer Objektebene 6. Das Objektfeld 5 kann rechteckig oder bogenförmig mit einem x/y-Aspektverhältnis von beispielsweise 13/1 gestaltet sein. Belichtet wird hierbei ein im Objektfeld 5 angeordnetes und in der 1 nicht dargestelltes reflektierendes Retikel, das eine mit der Projektionsbelichtungsanlage 1 zur Herstellung mikro- bzw. nanostrukturierter Halbleiter-Bauelemente zu projizierende Struktur trägt. Eine Projektionsoptik 7 dient zur Abbildung des Objektfeldes 5 in ein Bildfeld 8 in einer Bildebene 9. Abgebildet wird die Struktur auf dem Retikel auf eine lichtempfindliche Schicht eines im Bereich des Bildfeldes 8 in der Bildebene 9 angeordneten Wafers, der in der Zeichnung nicht dargestellt ist.
Das Retikel, das von einem nicht dargestellten Retikelhalter gehalten ist, und der Wafer, der von einem nicht dargestellten Waferhalter gehalten ist, werden beim Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage 1 synchron in der y-Richtung gescannt.
Bei der Strahlungsquelle 3 handelt es sich um eine EUV-Strahlungsquelle mit einer emittierten Nutzstrahlung im Bereich zwischen 5 nm und 30 nm. Es kann sich dabei um eine Plasmaquelle, beispielsweise um eine GDPP-Quelle (Plasmaerzeugung durch Gasentladung, Gas Discharge Produced Plasma), oder um eine LPP-Quelle (Plasmaerzeugung durch Laser, Laser Produced Plasma) handeln. Auch andere EUV-Strahlungsquellen, beispielsweise solche, die auf einem Synchrotron oder auf einem Free Electron Laser (Freie Elektronenlaser, FEL) basieren, sind möglich.
EUV-Strahlung 10, die von der Strahlungsquelle 3 ausgeht, wird von einem Kollektor 11 gebündelt. Ein entsprechender Kollektor ist beispielsweise aus der EP 1 225 481 A bekannt. Nach dem Kollektor 11 propagiert die EUV-Strahlung 10 durch eine Zwischenfokusebene 12, bevor sie auf einen Feldfacettenspiegel 13 trifft. Der Feldfacettenspiegel 13 ist in einer Ebene der Beleuchtungsoptik 4 angeordnet, die zur Objektebene 6 optisch konjugiert ist.
Die EUV-Strahlung 10 wird nachfolgend auch als Nutzstrahlung, Beleuchtungslicht oder als Abbildungslicht bezeichnet.
Nach dem Feldfacettenspiegel 13 wird die EUV-Strahlung 10 von einem Pupillenfacettenspiegel 14 reflektiert. Der Pupillenfacettenspiegel 14 liegt entweder in der Eintrittspupillenebene der Beleuchtungsoptik 7 oder in einer hierzu optisch konjugierten Ebene. Der Feldfacettenspiegel 13 und der Pupillenfacettenspiegel 14 sind aus einer Vielzahl von Einzelspiegeln aufgebaut, die nachfolgend noch näher beschrieben werden. Dabei kann die Unterteilung des Feldfacettenspiegels 13 in Einzelspiegel derart sein, dass jede der Feldfacetten, die für sich das gesamte Objektfeld 5 ausleuchten, durch genau einen der Einzelspiegel repräsentiert wird. Alternativ ist es möglich, zumindest einige oder alle der Feldfacetten durch eine Mehrzahl derartiger Einzelspiegel aufzubauen. Entsprechendes gilt für die Ausgestaltung der den Feldfacetten jeweils zugeordneten Pupillenfacetten des Pupillenfacettenspiegels 14, die jeweils durch einen einzigen Einzelspiegel oder durch eine Mehrzahl derartiger Einzelspiegel gebildet sein können.
Die EUV-Strahlung 10 trifft auf die beiden Facettenspiegel 13, 14 unter einem Einfallswinkel auf, der kleiner oder gleich 25° ist. Die beiden Facettenspiegel werden also im Bereich eines normal incidence-Betriebs mit der EUV-Strahlung 10 beaufschlagt. Auch eine Beaufschlagung unter streifendem Einfall (grazing incidence) ist möglich. Der Pupillenfacettenspiegel 14 ist in einer Ebene der Beleuchtungsoptik 4 angeordnet, die eine Pupillenebene der Projektionsoptik 7 darstellt bzw. zu einer Pupillenebene der Projektionsoptik 7 optisch konjugiert ist. Mithilfe des Pupillenfacettenspiegels 14 und einer abbildenden optischen Baugruppe in Form einer Übertragungsoptik 15 mit in der Reihenfolge des Strahlengangs für die EUV-Strahlung 10 bezeichneten Spiegeln 16, 17 und 18 werden die Feldfacetten des Feldfacettenspiegels 13 einander überlagernd in das Objektfeld 5 abgebildet. Der letzte Spiegel 18 der Übertragungsoptik 15 ist ein Spiegel für streifenden Einfall („Grazing incidence Spiegel”). Die Übertragungsoptik 15 wird zusammen mit dem Pupillenfacettenspiegel 14 auch als Folgeoptik zur Überführung der EUV-Strahlung 10 vom Feldfacettenspiegel 13 hin zum Objektfeld 5 bezeichnet. Das Beleuchtungslicht 10 wird von der Strahlungsquelle 3 hin zum Objektfeld 5 über eine Mehrzahl von Ausleuchtungskanälen geführt. Jedem dieser Ausleuchtungskanäle ist eine Feldfacette des Feldfacettenspiegels 13 und eine dieser nachgeordnete Pupillenfacette des Pupillenfacettenspiegels 14 zugeordnet. Die Einzelspiegel des Feldfacettenspiegels 13 und des Pupillenfacettenspiegels 14 können aktuatorisch verkippbar sein, sodass ein Wechsel der Zuordnung der Pupillenfacetten zu den Feldfacetten und entsprechend eine geänderte Konfiguration der Ausleuchtungskanäle erreicht werden kann. Es resultieren unterschiedliche Beleuchtungssettings, die sich in der Verteilung der Beleuchtungswinkel des Beleuchtungslichts 10 über das Objektfeld 5 unterscheiden.
Zur Erleichterung der Erläuterung von Lagebeziehungen wird nachfolgend unter anderem ein globales kartesisches xyz-Koordinatensystem verwendet. Die x-Achse verläuft in der 1 senkrecht zur Zeichenebene auf den Betrachter zu. Die y-Achse verläuft in der 1 nach rechts. Die z-Achse verläuft in der 1 nach oben.
In ausgewählten der nachfolgenden Figuren ist ein lokales kartesisches xyz-Koordinatensystem eingezeichnet, wobei die x-Achse parallel zur x-Achse nach der 1 verläuft und die y-Achse mit dieser x-Achse die optische Fläche des jeweiligen optischen Elements aufspannt.
2 zeigt ein erstes Beleuchtungssetting, das mit der Beleuchtungsoptik 4 nach 1 erreicht werden kann und das als konventionelles Beleuchtungssetting oder als kleines konventionelles Beleuchtungssetting bezeichnet wird. Dargestellt ist eine Intensitätsverteilung des Beleuchtungslichts 10 in einer Eintrittspupille der Projektionsoptik 7. Die Eintrittspupille kann maximal bis zu einem kreisförmigen Pupillenrand 20 ausgeleuchtet werden.
Beim konventionellen Beleuchtungssetting wird innerhalb des Pupillenrandes 20 ein hierzu konzentrischer kreisförmiger Pupillenbereich 21 ausgeleuchtet. Ein äußerer Radius Sout des konventionellen Pupillen-Ausleuchtungsbereichs verhält sich zum Radius Smax des Pupillenrandes 20 wie folgt: Sout/Smax = 0,8.
3 zeigt die Beleuchtungsverhältnisse bei einem weiteren Beleuchtungssetting, das mit der Beleuchtungsoptik 4 nach 1 eingestellt werden kann und das als annulares Beleuchtungssetting bezeichnet wird. Ausgeleuchtet wird hierbei ein ringförmiger Pupillenbereich 22. Ein äußerer Radius Sout des Pupillenbereichs 22 ist dabei so groß, wie derjenige des Pupillenbereichs 21 beim konventionellen Beleuchtungsring nach 2. Ein innerer Radius Sin verhält sich beim annularen Pupillenbereich 22 zum Radius Smax des Pupillenrandes 20 wie folgt: Sin/Smax = 0,6.
4 zeigt ein weiteres Beleuchtungssetting, das mit der Beleuchtungsoptik 4 nach 1 eingestellt werden kann und das als 45°-Quadrupol- bzw. 45°-Quasar-Beleuchtungssetting bezeichnet wird. In der Eintrittspupille der Projektionsoptik 7 werden innerhalb des Pupillenrandes 20 vier ringsektorförmige Pupillenbereiche 23 ausgeleuchtet, die in den vier Quadranten der Eintrittspupille angeordnet sind. Jeder der Pupillenbereiche 23 überstreicht dabei um das Zentrum des Pupillenrandes 20 einen Umfangswinkel von 45°. Die Quasar-Pupillenbereiche 23 sind zum Zentrum des Pupillenrandes 20 hin von einem inneren Radius Sin begrenzt, der dem inneren Radius des annularen Pupillenbereichs 22 nach 3 entspricht. Nach außen hin sind die Quasar-Pupillenbereiche 23 durch den Pupillenrand 20 begrenzt.
Die verschiedenen Beleuchtungssettings nach den 2 bis 4 sowie vorgegebene weitere Beleuchtungssettings können über eine entsprechende Verkippung der Einzelspiegel des Feldfacettenspiegels 13 und einen entsprechenden Wechsel der Zuordnung dieser Einzelspiegel des Feldfacettenspiegels 13 zu den Einzelspiegeln des Pupillenfacettenspiegels 14 erreicht werden. Abhängig von der Verkippung der Einzelspiegel des Feldfacettenspiegels 13 werden die diesen Einzelspiegeln neu zugeordneten Einzelspiegel des Pupillenfacettenspiegels 14 so durch Verkippung nachgeführt, dass wiederum eine Abbildung der Feldfacetten des Feldfacettenspiegels 13 in das Objektfeld 5 gewährleistet ist.
5 zeigt eine alternative Ausgestaltung einer Beleuchtungsoptik 24 für die Projektionsbelichtungsanlage 1. Komponenten, die denjenigen entsprechen, die vorstehend unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 bereits erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert.
Von der Strahlungsquelle 3, die ebenfalls als LPP-Quelle ausgebildet sein kann, ausgehende Nutzstrahlung 10 wird zunächst von einem ersten Kollektor 25 gesammelt. Bei dem Kollektor 25 kann es sich um einen Parabolspiegel handeln, der die Strahlungsquelle 3 in die Zwischenfokusebene 12 abbildet bzw. das Licht der Strahlungsquelle 3 auf den Zwischenfokus in der Zwischenfokusebene 12 fokussiert. Der Kollektor 25 kann so betrieben werden, dass er vor der Nutzstrahlung 10 mit Einfallswinkeln nahe 0° beaufschlagt wird. Der Kollektor 25 wird dann nahe der senkrechten Inzidenz (normal incidence) betrieben und daher auch als normal incidence-(NI-)Spiegel bezeichnet. Auch ein unter streifendem Einfall betriebener Kollektor kann anstelle des Kollektors 25 zum Einsatz kommen.
Der Zwischenfokusebene 12 ist bei der Beleuchtungsoptik 24 ein Feldfacettenspiegel 26 in Form eines Multispiegel-Arrays (MMA) nachgeordnet. Der Feldfacettenspiegel 26 ist als mikroelektromechanisches System (MEMS) ausgebildet. Er weist eine Vielzahl von matrixartig zeilen- und spaltenweise in einem Array angeordneten Einzelspiegeln 27 auf. Die Einzelspiegel 27 sind aktuatorisch verkippbar ausgelegt, wie nachfolgend noch erläutert wird. Insgesamt weist der Feldfacettenspiegel 26 etwa 100.000 der Einzelspiegel 27 auf. Je nach Größe der Einzelspiegel 27 kann der Feldfacettenspiegel 26 auch beispielsweise 1.000, 5.000, 7.000 oder auch mehrere hunderttausend, beispielsweise 500.000 Einzelspiegel 27 aufweisen.
Vor dem Feldfacettenspiegel 26 kann ein Spektralfilter angeordnet sein, der die Nutzstrahlung 10 von anderen, nicht für die Projektionsbelichtung nutzbaren Wellenlängenkomponenten der Emission der Strahlungsquelle 3 trennt.
Der Feldfacettenspiegel 26 wird mit Nutzstrahlung 10 mit einer Leistung von 840 W und einer Leistungsdichte von 6,5 kW/m² beaufschlagt.
Das gesamte Einzelspiegel-Array des Facettenspiegels 26 hat einen Durchmesser von 500 mm und ist dicht gepackt mit den Einzelspiegeln 27 ausgelegt. Die Einzelspiegel 27 repräsentieren, soweit eine Feldfacette durch jeweils genau einen Einzelspiegel realisiert ist, bis auf einen Skalierungsfaktor die Form des Objektfeldes 5. Der Facettenspiegel 26 kann aus 500 jeweils eine Feldfacette repräsentierenden Einzelspiegeln 27 mit einer Dimension von etwa 5 mm in der y-Richtung und 100 mm in der x-Richtung gebildet sein. Alternativ zur Realisierung jeder Feldfacette durch genau einen Einzelspiegel 27 kann jede der Feldfacetten durch Gruppen von kleineren Einzelspiegeln 27 approximiert werden. Eine Feldfacette mit Dimensionen von 5 mm in der y-Richtung und von 100 mm in der x-Richtung kann z. B. mittels eines 1 × 20-Arrays von Einzelspiegeln 27 der Dimension 5 mm × 5 mm bis hin zu einem 10 × 200-Array von Einzelspiegeln 27 mit den Dimensionen 0,5 mm × 0,5 mm aufgebaut sein. Die Flächenabdeckung des kompletten Feldfacetten-Arrays durch die Einzelspiegel 27 kann 70% bis 80% betragen.
Von den Einzelspiegeln 27 des Facettenspiegels 26 wird das Nutzlicht 10 hin zu einem Pupillenfacettenspiegel 28 reflektiert. Der Pupillenfacettenspiegel 28 hat etwa 2.000 statische Pupillenfacetten 29. Diese sind in einer Mehrzahl konzentrischer Ringe nebeneinander angeordnet, sodass die Pupillenfacette 29 des innersten Rings sektorförmig und die Pupillenfacetten 29 der sich hieran unmittelbar anschließenden Ringe ringsektorförmig gestaltet sind. In einem Quadranten des Pupillenfacettenspiegels 28 können in jedem der Ringe 12 Pupillenfacetten 29 nebeneinander vorliegen. Jeder der in der 6 dargestellten Ringsektoren ist wiederum von einer Mehrzahl von Einzelspiegeln 27 gebildet.
Von den Pupillenfacetten 29 wird das Nutzlicht 10 hin zu einem reflektierenden Retikel 30 reflektiert, das in der Objektebene 6 angeordnet ist. Es schließt sich dann die Projektionsoptik 7 an, wie vorstehend im Zusammenhang mit der Projektionsbelichtungsanlage nach 1 erläutert.
Zwischen dem Facettenspiegel 28 und dem Retikel 30 kann wiederum eine Übertragungsoptik vorgesehen sein, wie vorstehend in Zusammenhang mit der Beleuchtungsoptik 4 nach 1 erläutert.
6 zeigt beispielhaft eine Ausleuchtung der Pupillenfacetten 29 des Pupillenfacettenspiegels 28, mit der angenähert das konventionelle Beleuchtungssetting nach 2 erreicht werden kann. In den beiden inneren Pupillenfacettenringen des Pupillenfacettenspiegels 28 wird in Umfangsrichtung jede zweite der Pupillenfacetten 29 beleuchtet. Diese alternierende Beleuchtungsdarstellung in der 6 soll symbolisieren, dass die bei diesem Beleuchtungssetting realisierte Füllungsdichte um einen Faktor 2 geringer ist als bei einem annularen Beleuchtungssetting. Angestrebt wird in den beiden inneren Pupillenfacettenringen ebenfalls eine homogene Beleuchtungsverteilung, allerdings mit um einen Faktor 2 geringerer Belegungsdichte. Die beiden äußeren in 6 dargestellten Pupillenfacettenringe werden nicht beleuchtet.
7 zeigt schematisch die Verhältnisse bei der Beleuchtungsoptik 24, soweit dort ein annulares Beleuchtungssetting eingestellt ist. Die Einzelspiegel 27 des Feldfacettenspiegels 26 sind derart aktuatorisch mit Hilfe nachfolgend noch erläuterter Aktuatoren verkippt, sodass auf dem Pupillenfacettenspiegel 28 ein äußerer Ring der ringsektorförmigen Pupillenfacette 29 mit dem Nutzlicht 10 beleuchtet ist. Diese Beleuchtung des Pupillenfacettenspiegels 28 ist in der 8 dargestellt. Die Verkippung der Einzelspiegel 27 zur Erzeugung dieser Beleuchtung ist in der 7 am Beispiel eines der Einzelspiegel 27 beispielhaft angedeutet.
9 zeigt schematisch die Verhältnisse bei der Beleuchtungsoptik 24, soweit dort ein Dipolsetting eingestellt ist.
10 zeigt die zu diesem Dipol-Beleuchtungssetting gehörende Ausleuchtung des Pupillenfacettenspiegels 28. Beleuchtet werden zwei Ringsektoren am Übergang zwischen dem zweiten und dritten und am Übergang zwischen dem ersten und vierten Quadranten des Pupillenfacettenspiegels 28. Beleuchtet werden dabei Pupillenfacetten 29 der drei äußersten Pupillenfacettenringe in zwei zusammenhängenden Ringsektorbereichen 31 mit einer Umfangserstreckung um ein Zentrum 32a des Pupillenfacettenspiegels 28 von jeweils etwa 55°.
Diese Dipol-Beleuchtung des Pupillenfacettenspiegels 28 wird wiederum durch entsprechende aktuatorische Verkippung der Einzelspiegel 27 des Feldfacettenspiegels 26 erreicht, wie in der 9 am Beispiel eines der Einzelspiegel 27 beispielhaft angedeutet.
Zum Umstellen der Beleuchtungssettings entsprechend den 5, 7 und 9 ist ein Kippwinkel der Einzelspiegel 27 im Bereich von ±50 mrad erforderlich. Die jeweilige Kippposition für das einzustellende Beleuchtungssetting muss mit einer Genauigkeit von 0,2 mrad eingehalten werden.
Die Einzelspiegel 27 des Feldfacettenspiegels 26 bzw. die entsprechend aufgebauten Einzelspiegel des Feldfacettenspiegels 13 und des Pupillenfacettenspiegels 14 bei der Ausführung der Beleuchtungsoptik 4 nach 1 tragen Multilayer-Beschichtungen zur Optimierung ihrer Reflektivität bei der Wellenlänge der Nutzstrahlung 10. Die Temperatur der Multilayer-Beschichtungen sollte 150°C beim Betreten der Projektionsbelichtungsanlage 1 nicht überschreiten.
Dies wird durch einen Aufbau der Einzelspiegel erreicht, der (vgl. 11) nachfolgend beispielhaft anhand eines der Einzelspiegel 27 des Feldfacettenspiegels 26 erläutert wird.
Die Einzelspiegel 27 der Beleuchtungsoptik 4 bzw. 24 sind in einer evakuierbaren Kammer 32 untergebracht, von der in den 5 und 11 eine Begrenzungswand 33 angedeutet ist. Die Kammer 32 kommuniziert über eine Fluidleitung 33a, in der ein Absperrventil 33b untergebracht ist, mit einer Vakuumpumpe 33c. Der Betriebsdruck in der evakuierbaren Kammer 32 beträgt einige Pa (Partialdruck H2). Alle anderen Partialdrücke liegen deutlich unterhalb von 1 × 10^–7 mbar.
Der die Mehrzahl von Einzelspiegeln 27 aufweisende Spiegel bildet zusammen mit der evakuierbaren Kammer 32 eine optische Baugruppe zur Führung eines Bündels der EUV-Strahlung 10.
Jeder der Einzelspiegel 27 kann eine beaufschlagbare Reflexionsfläche 34 mit Abmessungen von 0,5 mm × 0,5 mm oder auch von 5 mm × 5 mm und größer aufweisen. Die Reflexionsfläche 34 ist Teil eines Spiegelkörpers 35 des Einzelspiegels 27. Der Spiegelkörper 35 trägt die Mehrlagen-(Multilayer)-Beschichtung.
Die Reflexionsflächen 34 der Einzelspiegel 27 ergänzen sich zu einer gesamten Spiegel-Reflexionsfläche des Feldfacettenspiegels 26. Entsprechend können sich die Reflexionsflächen 34 auch zur gesamten Spiegel-Reflexionsfläche des Feldfacettenspiegels 13 oder des Pupillenfacettenspiegels 14 ergänzen.
Eine Tragstruktur 36 oder ein Substrat des Einzelspiegels 27 ist über einen Wärmeleitungsabschnitt 37 mit dem Spiegelkörper 35 mechanisch verbunden (vgl. 11). Teil des Wärmeleitungsabschnitts 37 ist ein Gelenkkörper 38, der eine Verkippung des Spiegelkörpers 35 relativ zur Tragstruktur 36 zulässt. Der Gelenkkörper 38 kann als Festkörpergelenk ausgebildet sein, das eine Verkippung des Spiegelkörpers 35 um definierte Kipp-Freiheitsgrade, beispielsweise um eine oder um zwei Kippachsen zulässt. Der Gelenkkörper 38 hat einen äußeren Haltering 39, der an der Tragstruktur 36 festgelegt ist. Weiterhin hat der Gelenkkörper 38 einen gelenkig mit dem Haltering 39 verbundenen inneren Haltekörper 40. Dieser ist zentral unter der Reflexionsfläche 34 angeordnet. Zwischen dem zentralen Haltekörper 40 und dem Spiegelkörper 35 ist ein Abstandshalter 41 angeordnet.
Im Spiegelkörper 35 deponierte Wärme, also insbesondere der im Spiegelkörper 35 absorbierte Anteil der auf den Einzelspiegel 27 auftreffenden Nutzstrahlung 10, wird über den Wärmeleitungsabschnitt 37, nämlich über den Abstandshalter 41, den zentralen Haltekörper 40 und den Gelenkkörper 38 sowie den Halter 39 hin zur Tragstruktur 36 abgeführt. Über den Wärmeleitungsabschnitt 37 kann eine Wärmeleistungsdichte von 10 kW/m2 oder eine Wärmeleistung von mindestens 160 mW an die Tragstruktur 36 abgeführt werden. Der Wärmeleitungsabschnitt 37 ist alternativ zur Abführung einer Wärmeleistungsdichte von mindestens 1 kW/m2 oder einer vom Spiegelkörper 35 aufgenommenen Leistung von mindestens 50 mW auf die Tragstruktur 36 ausgebildet. Bei der aufgenommenen Leistung kann es sich neben absorbierter Leistung der Emission der Strahlungsquelle 3 auch beispielsweise um aufgenommene elektrische Leistung handeln. Die Tragstruktur 36 weist Kühlkanäle 42 auf, durch die ein aktives Kühlfluid geführt ist.
Auf der vom Abstandshalter 41 abgewandten Seite des Haltekörpers 40 ist an diesem ein den Abstandshalter 41 mit kleineren Außendurchmesser fortsetzender Aktuatorstift 43 montiert. Ein freies Ende des Aktuatorstifts 43 trägt einen Permanentmagneten 44. Ein Nordpol und ein Südpol des Permanentmagneten 44 sind längs des Aktuatorstifts 43 nebeneinander angeordnet, sodass sich ein Verlauf von magnetischen Feldlinien 45 ergibt, wie in der 11 angedeutet.
Die Tragstruktur 36 ist als den Aktuatorstift 43 umgebende Hülse ausgestaltet. Die Tragstruktur 36 kann beispielsweise ein Silizium-Wafer sein, auf dem ein ganzes Array von Einzelspiegeln 27 nach Art des in der 11 gezeigten Einzelspiegels 27 angeordnet ist.
Auf der dem Spiegelkörper 35 abgewandten Seite der Tragstruktur 36 und des Aktuatorstifts 43 ist eine Kühlplatte 46 angeordnet. Die Kühlplatte 46 kann durchgehend für alle der Einzelspiegel 27 des Feldfacettenspiegels 26 vorgesehen sein. In der Kühlplatte 46 sind weitere Kühlkanäle 42 angeordnet, durch die das aktive Kühlfluid geleitet wird.
Die Tragstruktur 36 sowie die Kühlplatte 46 sorgen für eine zusätzliche Strahlungskühlung der wärmebelasteten Komponenten des Einzelspiegels 27, insbesondere für eine Strahlungskühlung des Aktuatorstifts 43. Der Wärmetransfer über Wärmestrahlung ist bei den gegebenen Leistungsdichten und Temperaturen beinahe vernachlässigbar.
Auf einer dem Aktuatorstift 43 zugewandten Oberfläche 47 der Kühlplatte 46 sind Leiterbahnen 48 aufgedruckt. Die Kühlplatte 46 dient also als Grundkörper zum Aufdrucken der Leiterbahnen 48. Ein Stromfluss durch die Leiterbahnen 48 vermittelt eine Lorentzkraft 49 an den Permanentmagneten 44, für die eine Kraftrichtung in der 11 beispielhaft angedeutet ist. Durch entsprechenden Stromfluss durch die Leiterbahnen 48 lässt sich der Aktuatorstift 43 daher auslenken und entsprechend der Spiegelkörper 35 verkippen.
Der Einzelspiegel 27 hat also einen Aktuator 50 in Form eines elektromagnetisch arbeitenden Aktuators speziell in Form eines Lorentz-Aktuators. Ein Lorentz-Aktuator ist grundsätzlich beispielsweise aus der US 7,145,269 B2 bekannt. Ein derartiger Lorentz-Aktuator lässt sich in einem Batch-Prozess als mikroelektromechanisches System (micro-elekctro-mechanical system, MEMS) herstellen. Mit einem derartigen Lorentz-Aktuator lässt sich eine Kraftdichte von 20 kPa erreichen. Die Kraftdichte ist definiert als das Verhältnis aus der Aktuatorkraft zu derjenigen Fläche des Aktuators, über die die Aktuatorkraft wirkt, in Draufsicht, im Falle des Aktuators 50 also zum Querschnitt des Aktuatorstifts 43.
Alternativ zur Ausführung als Lorentz-Aktuatoren können die Einzelspiegel 27 auch noch als Reluktanz-Aktuatoren, beispielsweise nach Art der WO 2007/134574A oder als Piezo-Aktuatoren ausgebildet sein. Mit einem Reluktanz-Aktuator lässt sich eine Kraftdichte von 50 kPa erreichen. Je nach Ausgestaltung lässt sich mit einem Piezo-Aktuator eine Kraftdichte von 50 kPa bis 1 MPa erreichen.
Dargestellt sind bei der Ausführung nach 11 Leiterbahnen 48, die in Form von drei nebeneinander liegenden Gruppen aufgedruckt sind. Alternativ ist es möglich, auf die Kühlplatte 46 mehrere übereinander liegende Lagen von gegeneinander isolierten Leiterbahnen aufzudrucken, die sich in der Orientierung der einzelnen Leiter auf der Oberfläche 47 und/oder im Querschnitt der Leiterbahnen unterscheiden. Je nach Stromfluss durch eine dieser übereinander liegenden Leiterbahnen lässt sich dann eine andere Auslenkungsrichtung über die Lorentzkraft 49 erzeugen.
12 zeigt eine derartige Anordnung von übereinander liegenden Lagen 51 bis 54 der Leiterbahnen 48. Die oberste Leiterbahnen-Lage 51 ist für einen Stromfluss in negativer x-Richtung ausgelegt. Entsprechend verlaufen die einzelnen Leiterbahnen 48 der Lage 51 längs der x-Richtung. Die nicht näher dargestellten Leiterbahnen der darunter liegenden Leiterbahnen-Lagen 52 bis 54 verlaufen beispielsweise längs einer Winkelhalbierenden zum von der x- und der y-Achse aufgespannten Quadranten, unter einem 90°-Winkel zu dieser Winkelhalbierenden sowie längs der y-Richtung. Durch einen entsprechenden Stromfluss durch die so orientierten Leiterbahnen der Lagen 52 bis 54 wird jeweils eine andere Richtung der Lorentzkraft 49 und damit eine andere Auslenkung des Permanentmagneten 44 und des hiermit verbundenen und in der 12 nicht dargestellten Aktuatorstiftes 43 erzeugt. Der Permanentmagnet 44 ist Teil des ansonsten in der 12 nicht dargestellten Aktuatorstifts 43 und damit des Hebelarmes des Aktuators 50.
13 zeigt eine Variante des Gelenkkörpers 38 zwischen dem Haltering 39 und dem zentralen Haltekörper 40. Der Gelenkkörper 38 hat eine Vielzahl benachbarter Festkörpergelenke 55, die als Wärmeleitungsstreifen dienen und einen derart geringen Streifenquerschnitt haben, dass sie elastisch flexibel sind. Die einander direkt benachbarten Festkörpergelenke 55 sind voneinander getrennt ausgeführt und verbinden den Haltering 39 mit dem zentralen Haltekörper 40. Im Bereich des Übergangs der Festkörpergelenke 55 hin zum äußeren Haltering 39 verlaufen die Festkörpergelenke 55 in etwa tangential. Im Bereich des Übergangs der Festkörpergelenke 55 hin zum zentralen Haltekörper 40 verlaufen die Festkörpergelenke 55 in etwa radial.
Die Festkörpergelenke 55 haben zwischen dem Haltering 39 und dem zentralen Haltekörper 40 einen gebogenen Verlauf.
Aufgrund dieses Verlaufs der Festkörpergelenke 55 ergibt sich eine charakteristische Steifigkeit des durch diese Festkörpergelenke 55 gebildeten Gelenkkörpers 38 in Bezug auf die Gegenkraft, die dieser Gelenkkörper 38 der auf den Aktuatorstift 43 ausgeübten Aktuatorkraft entgegenbringt.
Alternativ zum in der 13 dargestellten gebogenen Verlauf der Festkörpergelenke 55 können diese auch anders geformt sein und/oder einen anderen Verlauf aufweisen, je nachdem, welche Steifigkeitsanforderungen in Bezug auf eine Steifigkeit des Gelenkkörpers 38 in der Ebene des Halterings 39 und senkrecht hierzu gefordert ist.
Die Festkörpergelenke 55 ergeben insgesamt eine als geschlitzte Membran ausgeführte Festkörpergelenkeinrichtung. Durch die dargestellte Streifen-Strukturierung der Membran wird eine deutlich verbesserte mechanische Nachgiebigkeit in Aktuierungsrichtung ohne große Einbußen bei der Wärmeleitfähigkeit, insbesondere bei der abführbaren thermischen Leistungsdichte, erreicht. Die verbesserte mechanische Nachgiebigkeit führt zu einer Reduzierung der notwendigen Aktuierungskraft für den zentralen Haltekörper 40 und damit den hiermit verbundenen Einzelspiegel.
Eine Summe der Reflexionsflächen 34 auf den Spiegelkörpern 35 ist größer als das 0,5-fache einer von der gesamten Spiegel-Reflexionsfläche des Feldfacettensiegels 26 belegten Gesamtfläche. Die Gesamtfläche ist dabei definiert als die Summe der Reflexionsflächen 34 zuzüglich der Flächenbelegung durch die Zwischenräume zwischen den Reflexionsflächen 34. Ein Verhältnis der Summe der Reflexionsflächen der Spiegelkörper einerseits zu dieser Gesamtfläche wird auch als Integrationsdichte bezeichnet. Diese Integrationsdichte kann auch größer sein als 0,6 und größer sein als 0,7.
Mit Hilfe der Projektionsbelichtungsanlage 1 wird wenigstens ein Teil des Retikels 30 auf einen Bereich einer lichtempfindlichen Schicht auf dem Wafer zur lithografischen Herstellung eines mikro- bzw. nanostrukturierten Bauelements, insbesondere eines Halbleiterbauelements, z. B. eines Mikrochips abgebildet. Je nach Ausführung der Projektionsbelichtungsanlage 1 als Scanner oder als Stepper werden das Retikel 30 und der Wafer zeitlich synchronisiert in der y-Richtung kontinuierlich im Scannerbetrieb oder schrittweise im Stepperbetrieb verfahren.
Die optische Baugruppe gemäß 11 wird im Ultrahochvakuum betrieben. Bei einer typischen Beaufschlagung der Reflexionsfläche 34 mit EUV-Strahlung 10 hat der Spiegelkörper 35 eine Temperatur von maximal 150°C. Über den Abstandshalter 41 fällt diese Temperatur bis zum Haltekörper 40 und zum Haltering 39 um 100 K ab. Zwischen dem Haltering 39 und den Kühlkanälen 42 in der Tragstruktur 36 liegt ein weiteres Temperaturgefälle von 30 K vor. Bis zu den Leiterbahnen 48 hat die optische Baugruppe dann im wesentlichen Raumtemperatur.
In der Kühlplatte 46 liegt eine Temperatur von etwa 300 K vor.
Eine Dämpfung des elektromagnetisch arbeitenden Aktuators 50 kann durch eine Wirbelstromdämpfung oder auch durch eine selbst induzierte Dämpfung in den als Wicklungen vorliegenden Leiterbahnen 48 realisiert sein. Eine selbst induzierte Dämpfung über die Leiterbahnen 48 setzt das Vorhandensein einer Strom- bzw. Spannungsquelle für die Leiterbahnen 48 mit sehr geringem Ohmschen Widerstand dar, so dass für den Fall, dass die Leiterbahnen 48 strom- bzw. spannungslos sind, die Leiterbahnen 48 über die Quelle im Wesentlichen kurzgeschlossen sind und daher bei relativ zu den Leiterbahnen 48 bewegtem Permanentmagneten 44 (vgl. 11) in den Leiterbahnen 48 ein dämpfender Stromfluss induziert werden kann.
Zu- und Abführleitungen für die als Wicklungen ausgeführten Leiterbahnen 48 können antiparallel geführt sein, so dass ein Zuführdraht zur jeweiligen als Wicklung ausgeführten Leiterbahn 48 einerseits und ein Abführdraht von der als Wicklung ausgeführten Leiterbahn andererseits parallel benachbart zueinander verlaufend geführt sind. Dies führt dazu, dass sich die Magnetfelder des Zufuhrstromes und des Abführstroms gegenseitig auslöschen, so dass kein Übersprechen zwischen benachbarten Leiterbahnen 48 resultiert.
Die Zuführ- oder Abführleitungen für die als Wicklungen ausgeführten Leiterbahnen 48 können in verschiedenen Lagern übereinander oder innerhalb einer Lage nebeneinander angeordnet sein.
Anhand der 14 und 15 wird nachfolgend eine weitere Ausführung von Einzelspiegeln beschrieben, die nachfolgend beispielhaft anhand zweier Einzelspiegel 27 des Feldfacettenspiegels 26 erläutert wird. Komponenten, die denjenigen entsprechen, die vorstehend unter Bezugnahme auf die 1 bis 13 und insbesondere unter Bezugnahme auf die 11 und 12 bereits erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert.
Die Ausführung der Einzelspiegel 27 nach den 14 und 15 unterscheidet sich von derjenigen nach den 11 bis 13 zunächst durch die Gestaltung des Wärmeleitungsabschnitts 37. Dieser ist bei der Ausgestaltung nach den 14 und 15 aus insgesamt drei spiralförmig ausgeführten Wärmeleitungsstreifen 56, 57 und 58 zusammengesetzt und stellt eine geschlitzte Membran dar. Der nähere Aufbau der nach Art dreier ineinander verschachtelter Spiralfedern angeordneten Wärmeleitungsstreifen 56 bis 58 ergibt sich aus der Schnittdarstellung der 15. Die Wärmeleitungsstreifen 56 bis 58 sind radial um ein Zentrum 59 des Einzelspiegels 27 herumführend ausgeführt. In Bezug auf das Zentrum 59 an einem radial inneren Verbindungsabschnitt 60 des Wärmeleitungsabschnitts 37 nach den 14 und 15 ist ein Verbindungsübergang 56i, 57i, 58i jeweils des Wärmeleitungsstreifens 56, 57, 58 mit dem Spiegelkörper 35 angeordnet. Der radial innere Verbindungsabschnitt 60 des Wärmeleitungsabschnitts 37 stellt gleichzeitig den Haltekörper 40 dar. Die Verbindung des jeweiligen Wärmeleitungsstreifens 56 bis 58 mit dem Spiegelkörper 35 geschieht über den Verbindungsübergang 56i, 57i, 58i, den zentralen Haltekörper 40 und den Abstandshalter 41.
An einem radial äußeren Verbindungsabschnitt 61 ist ein Verbindungsübergang 56a, 57a, 58a des jeweiligen Wärmeleitungsstreifens 56, 57, 58 mit der Tragstruktur 36 angeordnet. Die Verbindung der Wärmeleitungsstreifen 56 bis 58 mit der Tragstruktur 36 erfolgt über die Verbindungsübergänge 56a, 57a, 58a, den äußeren Verbindungsabschnitt 61, der gleichzeitig den Haltering 39 darstellt, und die Hülse der Tragstruktur 36.
Die Wärmeleitungsstreifen 56 bis 58 verlaufen voneinander über Zwischenräume getrennt. Jeder der Wärmeleitungsstreifen 56 bis 58 verbindet unabhängig von den anderen Wärmeleitungsstreifen den Spiegelkörper 35 mit der Tragstruktur 36. Die Tragstruktur 36 kann, wie in der 15 angedeutet, nach außen hin rechteckig begrenzt sein.
Die Wärmeleitungsstreifen 56 bis 58 sind so angeordnet, dass sie auf einem Radius zwischen dem inneren Verbindungsabschnitt 60 und dem äußeren Verbindungsabschnitt 61 aufeinander folgen, wobei zwischen benachbarten der Wärmeleitungsstreifen 56 bis 58 jeweils ein Zwischenraum vorliegt.
In der Hülse der Tragstruktur 36 sind insgesamt drei Elektroden 62, 63, 64 integriert, die gegeneinander elektrisch isoliert sind und in Umfangsrichtung um das Zentrum 59, jeweils etwa knapp 120° überstreckend, gegeneinander elektrisch isoliert angeordnet sind. Die Elektroden 62 bis 64 stellen Gegenelektroden zum im Fall der Ausführung nach den 14 und 15 als Elektrodenstift ausgebildeten Aktuatorstift 43 dar. Der Aktuatorstift 43 kann als Hohlzylinder ausgeführt sein. Bei einer weiteren Ausführungsform des Einzelspiegels 27 können auch vier oder mehr Elektroden anstelle der drei Elektroden 62 bis 64 vorhanden sein.
In der 14 rechts ist der Einzelspiegel 27 in der Ausführung nach den 14 und 15 in einer gekippten Stellung gezeigt, in der die Gegenelektrode 64 auf einem positiven Potenzial V+ relativ zum negativen Potenzial V– des Aktuatorstifts 43 geschaltet ist. Aufgrund dieser Potenzialdifferenz V+/V– ergibt sich eine Kraft F_E, die das freie Ende des Aktuatorstifts 43 hin zur Gegenelektrode 64 zieht, was zu einer entsprechenden Verkippung des Einzelspiegels 27 führt. Die federnde Membranaufhängung aus den drei Wärmeleitungsstreifen 56, 57, 58 sorgt dabei für eine nachgiebige und kontrollierte Verkippung des Einzelspiegels 27. Zudem sorgt diese federnde Membranaufhängung für eine hohe Steifigkeit des Einzelspiegels 27 gegenüber translatorischen Bewegungen in der Membranebene der federnden Membranaufhängung, was auch als hohe in-plane-Steifigkeit bezeichnet ist. Diese hohe Steifigkeit gegenüber translatorischen Bewegungen in der Membranebene unterdrückt eine unerwünschte translatorische Bewegung des Aktuatorstifts 43, also des Elektrodenstifts, in Richtung hin zu den Elektroden 62 bis 64 ganz oder weitgehend. Auf diese Weise ist eine unerwünschte Reduzierung eines möglichen Kippwinkelbereichs des Aktuatorstifts 43 und damit des Spiegelkörpers 35 vermieden.
Zwischen dem in der 15 in Bezug auf das Zentrum 59 in Drei-Uhr-Position angeordneten äußeren Verbindungsabschnitt 56a und dem in der 15 etwa in Fünf-Uhr-Position angeordneten inneren Verbindungsabschnitt 56i verläuft der Wärmeleitungsstreifen 56 in Umfangsrichtung um das Zentrum 59 um etwa 420°. Der Wärmeleitungsstreifen 57 verläuft zwischen dem äußeren Verbindungsübergang 57a und dem inneren Verbindungsübergang 57i zwischen der Sieben-Uhr-Position und der Neun-Uhr-Position in der 15 ebenfalls in Umfangsrichtung um etwa 420°. Der Wärmeleitungsstreifen 58 verläuft zwischen dem äußeren Verbindungsübergang 58a und dem inneren Verbindungsübergang 58i zwischen der Elf-Uhr-Position und der Ein-Uhr-Position in der 15 ebenfalls in Umfangsrichtung um etwa 420°.
Je nach dem, wie das relative Potenzial der Gegenelektroden 62 bis 64 zum Potenzial der Elektrode des Aktuatorstifts 43 gewählt ist, können die Einzelspiegel 27 der Ausführung nach den 14 und 15 um einen vorgegebenen Kippwinkel verkippt werden. Dabei sind nicht nur Kippwinkel möglich, die einer Neigung des Aktuatorstifts 43 genau zu einer der drei Gegenelektroden 62 bis 64 hin entsprechen, sondern, je nach einer vorgegebenen Potenzialkombination der Gegenelektroden 62 bis 64, auch beliebige andere Kippwinkel-Orientierungen.
Der Abstandshalter 41, der Aktuatorstift 43 sowie der Wärmeleitungsabschnitt 37 mit den Wärmeleitungsstreifen 56 bis 58, dem inneren Verbindungsabschnitt 60 und dem äußeren Verbindungsabschnitt 61 sind zusammen mit dem Spiegelkörper 35 aus monokristallinem Silizium gefertigt. Alternativ können die Wärmeleitungsstreifen 56 bis 58 inklusive der Verbindungsabschnitte 60, 61 auch aus polykristallinem Diamanten mittels Mikrofabrikation gefertigt sein.
Anstelle eines Aktuatorstifts 43 mit rundem Querschnitt kann auch ein Aktuatorstift mit elliptischem Querschnitt gewählt werden. Die Halbachsen der Ellipse dieses Querschnitts sind dann so gewählt, dass ein Abstand zwischen der Elektrode des Aktuatorstifts und den Gegenelektroden 62 bis 64 entlang einer ersten Achse, in der ein größerer Kippwinkelbereich gewünscht ist, geringer ist als entlang einer zweiten, hierzu senkrechten zweiten Achse, längs der ein kleinerer Kippwinkelbereich gewünscht ist. Der größere Kippwinkelbereich kann 100 mrad und der kleinere Kippwinkelbereich kann 50 mrad betragen.
Anhand der 16 wird nachfolgend ein Verfahren zur Herstellung der Gegenelektroden 62 bis 64 erläutert.
In einem Bereitstellungsschritt 65 wird ein Ausgangssubstrat bereitgestellt. Hierbei handelt es sich um einen monokristallinen Silizium-Wafer, dessen Dicke vorzugsweise zwischen 300 μm und 750 μm liegt. Die Dicke des Silizium-Wafers kann auch unterhalb oder oberhalb dieses Bereichs liegen. Als Vorderseite 66 des Ausgangssubstrats wird nachfolgend die Seite bezeichnet, an der später der Wärmeleitungsabschnitt 37 angebracht wird. Die Gegenelektroden 62 bis 64 werden von einer der Vorderseite 66 gegenüberliegenden Substratrückseite 67 des Ausgangssubstrats her strukturiert.
In einem Ätzschritt 68 wird nun eine Basisstruktur von der Substratrückseite 67 in das Ausgangssubstrat, also in ein die spätere Tragstruktur 36 ergebendes Roh-Trägersubstrat geätzt. Es kann sich hierbei um die ring- oder hülsenförmige Tragstruktur 36 gemäß den Ausführungen nach den 11 bis 15 handeln. Die im Ätzschritt 68 geätzte Tragstruktur 36 ist an Trennstellen zwischen den Gegenelektroden 62 bis 64 unterbrochen. Der Ätzschritt 68 erfolgt mit Hilfe eines Standardverfahrens wie optischer Lithografie und Siliziumtiefenätzen. Mit dem Ätzschritt 68 wird die Form der Gegenelektroden 62 bis 64 definiert und ein Negativ nach Art einer Gussform für die später zu schaffenden Gegenelektroden 62 bis 64 geätzt. Eine Ätztiefe 69 definiert die Höhe der Gegenelektroden 62 bis 64. Diese Ätztiefe kann geringer sein als die Dicke des Ausgangssubstrats. Bei einer nicht dargestellten Ausführung kann die Ätztiefe auch genauso groß sein wie die Dicke des Ausgangssubstrats.
In einem Aufbringungsschritt 70 wird nun in Gussformen 71, die im Ätzschritt 68 geätzt wurden, zur elektrischen Isolierung der späteren Gegenelektroden 62 bis 64 auf das Ausgangssubstrat eine dielektrische Schicht aufgebracht. Bei der dielektrischen Schicht kann es sich um Siliziumdioxid handeln. Die Aufbringung kann mittels eines Standardverfahrens wie thermischer Oxidation oder CVD (Chemical Vapor Deposition) geschehen. Die Dicke der dielektrischen Schicht beträgt mehrere Mikrometer. Die dielektrische Schicht kann als Schicht dotiertem Siliziumoxids ausgeführt sein, wodurch eine Vorbereitung für eine spätere Dotierung der Gegenelektroden 62 bis 64 geschehen kann.
In einem Auffüllschritt 72 wird die mit der dielektrischen Schicht ausgekleidete Gussform 71 mit polykristallinem Silizium aufgefüllt. Hierbei kann ein LPCVD-(Low Pressure, Niederdruck, CVD)Verfahren zum Einsatz kommen. Das polykristalline Silizium ist dotiert und elektrisch leitfähig. Eine Dotierung des polykristallinen Siliziums kann direkt während des Auftragens oder nachträglich mittels Diffusion geschehen.
In einem Polierschritt 73, der durch ein CMP-(Chemical-Mechanical Polishing, chemisch-mechanisches Polieren)Verfahren realisiert sein kann, wird überschüssiges polykristallines Silizium, das während des Auffüllschritts 72 außerhalb der Gussformen 71 auf dem Aufgangssubstrat aufgewachsen ist, wegpoliert.
In einem Strukturierschritt 74 wird nun auf der Vorderseite 66 des Ausgangssubstrats der Wärmeleitungsabschnitt 37 auf das Ausgangssubstrat aufgebracht. Dies kann mit Hilfe eines Dünnschichtverfahrens realisiert werden. Wie vorstehend erläutert, verbindet der Wärmeleitungsabschnitt 37 den Aktuatorstift 43, in der Ausführung nach den 14 und 1, also die zentrale Elektrode, mit der Tragstruktur 36. Als Dünnschicht kann eine polykristalline Diamantschicht zum Einsatz kommen. Die polykristalline Diamantschicht kann mit Hilfe eines CVD-Verfahrens aufgebracht werden. Der Strukturierschritt 74 ist für das Gegenelektroden-Herstellungsverfahren nicht zwingend, sondern dient der Vorbereitung der Anbringung der beweglichen zentralen Elektrode.
In einem Anbringungsschritt 75 wird der Spiegelkörper 35 von der Vorderseite 66 her angebracht. Dies geschieht derart, dass die jeweiligen Spiegelkörper 35 nach ihrer Vereinzelung jeweils fest ausschließlich im zentralen Bereich, also im Bereich des späteren zentralen Abstandshalters 41 mit dem Ausgangssubstrat verbunden sind. Der Anbringungsschritt 75 kann als Fusionsbond-Prozess gestaltet sein.
In einem weiteren Strukturierschritt 77 wird von der Rückseite des Ausgangssubstrats her mit Hilfe optischer Lithografie und Tiefenätzverfahren die zentrale und vorzugsweise bewegliche Elektrode, also der Aktuatorstift 43, strukturiert. Dies geschieht durch Freiätzen eines Zwischenraums 76 zwischen der zentralen Elektrode, also dem Aktuatorstift 43, und der Hülse der Tragstruktur 36. Hierbei wird das Ausgangssubstrat komplett durchgeätzt. Die zentrale Elektrode ist anschließend nur noch über den Wärmeleitungsabschnitt 37, also über die vorher auf der Vorderseite 66 angebrachte Federaufhängung mit dem Ausgangssubstrat verbunden. Die Oxidschicht, die im Aufbringungsschritt 70 aufgebracht wurde, wirkt während dieses weiteren Strukturierschritts 77 als seitlicher Ätzstopp und schützt die im Auffüllschritt 72 für die Gegenelektroden 62 bis 64 vorbereiteten Elemente aus polykristallinem Silizium.
In einem Freilegungsschritt 78 wird nun die freigelegte Oxidschicht auf einer Innenseite 79 der Gegenelektroden 62 bis 64 weggeätzt. Dieser Freilegungsschritt 78 kann auch weggelassen werden.
Der so vorbereitete Mikrospiegelaktuator kann in einem Anbindungsschritt 80 elektrisch und mechanisch an ein weiteres Substrat angebunden werden. Dies kann über ein Flip-Chip-Verfahren geschehen, über das die hergestellten Elektrodenanordnungen auf einen integrierten Schaltkreis (ASIC) gebondet werden. Dies geschieht von der Substratrückseite 67 her. Hierbei werden die Gegenelektroden 62 bis 64 elektrisch mit entsprechenden Schaltkreisen auf dem integrierten Schaltkreis verbunden. Eine derartige Konfiguration erlaubt eine integrierte Ansteuerung der Gegenelektroden 62 bis 64 und damit eine entsprechende Kontrolle der Kippspiegel des jeweiligen Einzelspiegels 27.
Die mit diesem Verfahren hergestellten Gegenelektroden 62 bis 64 sind in die Tragstruktur 36 in das Ausgangssubstrat integriert, sind jedoch nicht mechanisch vom Ausgangssubstrat getrennt. Die Tragstruktur 36 ist somit auch nach der Integration der Gegenelektroden 62 bis 64 eine monolithische Einheit, die genügend Stabilität für weitere Prozessschritte, insbesondere für die Verbindung im Anbindungsschritt 80 gewährleistet.
Beim Anbindungsschritt 80 können die Gegenelektroden 62 bis 64 von der Rückseite 67 her über das Flip-Chip-Verfahren in einem Kontaktierungsschritt 81 direkt, also von einer in der 14 vertikal und senkrecht zur Reflexionsfläche 34 in der Neutralstellung verlaufenden Richtung her, kontaktiert werden. Ein Kontaktieren von einer beispielsweise in der 14 horizontal verlaufenden Richtung her ist nicht erforderlich.
Anhand der 17 wird nachfolgend ein Verfahren zur Integration eines Spiegelkörpers 35 mit einer Reflexionsfläche 34 mit extrem geringer Rauhigkeit erläutert.
Die Anforderungen an die Oberflächenbeschaffenheit der Reflexionsfläche 34, insbesondere an deren Mikrorauheit sind sehr hoch. Ein typischer Wert hierfür ist eine Rauhheit von 0,2 nm rms. Dieser Mikrorauheitswert erfordert eine externe Politur der Reflexionsfläche 34, die nach dem Polieren mit dem sonstigen Einzelspiegel 27 verbunden wird. Beim nachfolgend beschriebenen Herstellungsverfahren wird die vorpolierte und hoch empfindliche Reflexionsfläche 34 während aller in einem typischen Mikrofabrikationsverfahren angewandter Prozessschritte konserviert.
In einem Polierschritt 82 wird ein Siliziumsubstrat mit einem für die Mikrofabrikation geeigneten Format, z. B. ein rundes Substrat mit einem Durchmesser von 100 mm oder 150 mm, und einer für den Poliervorgang erforderlichen Dicke, beispielsweise einer Dicke von 10 mm, für die für die EUV-Beleuchtung erforderliche Oberflächenrauheit poliert.
Derartige Polierverfahren sind auch als „Superpolitur” bekannt. In einem Beschichtungsschritt 83 wird das polierte Siliziumsubstrat mittels eines thermischen Verfahrens mit einer dünnen Siliziumdioxidschicht überzogen.
In einem Fügungsschritt 84 wird das oxidierte, superpolierte Siliziumsubstrat mit einem zweiten, nicht superpolierten Siliziumsubstrat desselben Formats zusammengefügt. Hierbei kommt die superpolierte Reflexionsfläche 34 auf dem zweiten Siliziumsubstrat, das auch als Trägersubstrat bezeichnet wird, zu liegen. Bei dem Fügungsschritt 84 kann ein Fusionsbonden zum Einsatz kommen, was im Zusammenhang mit der Herstellung sogenannter „Silicon-On-Insolator” (SOI)-Wafern verwendet wird.
In einem weiteren Polierschritt 85 wird das so entstandene Substratsandwich mit Hilfe eines chemisch-mechanischen Verfahrens poliert. Hierbei wird das zukünftige Spiegelsubstrat auf die erforderliche Dicke geschliffen. Eine typische Dicke für den Spiegelkörper 35 liegt im Bereich zwischen 30 μm und 200 μm.
Das nun auf die erforderliche Dicke gebrachte Substrat kann nun weiterprozessiert werden, da die hoch polierte und empfindliche Reflexionsfläche 34 mechanisch und chemisch durch die darüberliegende Siliziumdioxidschicht sowie das Siliziumträgersubstrat geschützt sind.
In einem Strukturierschritt 86 wird nun eine der Reflexionsfläche 34 gegenüberliegende Rückseite des Spiegelsubstrats mittels eines Tiefenätzverfahrens strukturiert. Hierbei kann der Abstandshalter 41 geätzt werden, der später mit dem Wärmeleitungsabschnitt 37, also mit der Federaufhängung, die auch Membranfederung bezeichnet wird, verbunden wird. Beim Strukturierschritt 86 können auch seitliche Spiegelgrenzen der Reflexionsfläche 34 durch Tiefenätzen vorgegeben werden, so dass bei einem späteren Entfernen des Trägersubstrats die Spiegelkörper 35 der Einzelspiegel 27 bereits vereinzelt sind.
Das so vorbereitete Substratsandwich wird nun in einem Verbindungsschritt 87 mit der zentralen Elektrode, also mit dem Aktuatorstift 43, verbunden. Dies erfolgt beim Anbringungsschritt 75 des Herstellungsverfahrens nach 16. Der Verbindungsschritt 87 kann als Fusionsbonden oder als eutektisches Bonden ausgestaltet sein. Hierbei kann der Abstandshalter 41 mit dem Aktuatorstift 43 verbunden werden.
In einem Freilegungsschritt 88 wird das Trägersubstrat, das bislang die Reflexionsfläche 34 geschützt hat, mit einem Tiefenätzverfahren weggeätzt. Der Ätzprozess stoppt dabei auf der Siliziumdioxidschicht, die auf die Reflexionsfläche 34 aufgebracht ist.
In einem weiteren Freilegungsschritt 89 wird die Siliziumdioxidschicht beispielsweise mittels Flusssäure in Dampfphase weggeätzt. Dieser weitere Freilegungsschritt 89 kann in einer nicht oxidierenden Atmosphäre erfolgen, um eine Reoxidation des Siliziums der Reflexionsfläche 34 zu verhindern.
Der Beschichtungsschritt 83 kann auch weggelassen werden. Anstelle einer Beschichtung mit einer dünnen Siliziumdioxidschicht kann in das Trägersubstrat mit einem Tiefenätzverfahren eine Mehrzahl von Vertiefungen geätzt werden. Diese Vertiefungen werden so bemessen und angeordnet, dass beim Zusammenfügen des Trägersubstrats mit dem vorpolierten Spiegelkörper 35 die zukünftigen Reflexionsflächen 34 mit dem Trägersubstrat nicht in Kontakt kommen. Eine Kontaktfläche zwischen dem Spiegelsubstrat und dem Trägersubstrat ist dann ausschließlich durch den Verlauf der die Vertiefungen umgebenden Rahmenflächen des Trägersubstrats vorgegeben. Diese Rahmenflächen entsprechen späteren Spiegelgrenzen der Einzelspiegel 27. Vor dem Zusammenfügen des Trägersubstrats mit dem Spiegelsubstrat wird das vorstrukturierte, also die Vertiefungen aufweisende, Trägersubstrat thermisch oxidiert. Die hierbei aufgebrachte Siliziumdioxidschicht wird beim späteren Wegätzen des Trägersubstrats als Ätzstopp verwendet. Diese Variante ohne den Beschichtungsschritt 83 kann auch bei Einzelspiegeln 27 mit nicht ebenen Reflexionsflächen 34 zum Einsatz kommen, beispielsweise bei Einzelspiegeln 27 mit konkaven oder konvexen Reflexionsflächen 34.
18 zeigt zur Verdeutlichung der Ausgestaltung der Wärmeleitungsstreifen 56 bis 58 nochmals einen Bereich des Wärmeleitungsabschnitts 37. Dargestellt sind der zentrale Haltekörper 40, der auch den inneren Verbindungsabschnitt 60 darstellt, und die diesen umgebenden Wärmeleitungsstreifen 56 bis 58.
19 zeigt eine Variante der Gestaltung von Wärmeleitungsstreifen 90 für den Wärmeleitungsabschnitt 37 zwischen der nicht dargestellten Tragstruktur und dem nicht dargestellten Spiegelkörper. Komponenten, die denjenigen entsprechen, die vorstehend unter Bezugnahme insbesondere auf die Gestaltung des Wärmeleitungsabschnitts des Einzelspiegels nach den 14, 15 und 18 bereits erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert.
Zwischen dem inneren Verbindungsabschnitt 60 und dem äußeren Verbindungsabschnitt 61 liegen 24 C-förmig gebogen ausgeführte Wärmeleitungsstreifen 90 vor. Benachbarte der Wärmeleitungsstreifen 90 sind über ebenfalls C-förmig ausgeformte Schlitze 91 voneinander beabstandet. Wie auch bei der Ausführung nach den 15 bzw. 18 liegt auch bei der Ausführung nach 19 der Wärmeleitungsabschnitt 37 als Membran vor, in den die Wärmeleitungsstreifen, also im Falle der Ausführung nach 19 die Wärmeleitungsstreifen 90, durch Einarbeitung der Schlitze 91 ausgeformt sind.
Anhand der 20 und 21 werden nachfolgend zwei weitere Gestaltungsmöglichkeiten für den Wärmeleitungsabschnitt 37 erläutert. Komponenten, die denjenigen entsprechen, die vorstehend unter Bezugnahme insbesondere auf die Gestaltung des Wärmeleitungsabschnitts des Einzelspiegels nach den 14, 15 und 18 bereits erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert.
Bei der Ausgestaltung nach 20 liegen zwischen dem inneren Verbindungsabschnitt 60 und dem äußeren Verbindungsabschnitt 61 insgesamt 25 Wärmeleitungsstreifen 92 vor, die nach Art der Speichen eines Rades angeordnet sind. Zwischen dem inneren Verbindungsabschnitt 60 und dem äußeren Verbindungsabschnitt 61 ist jeder der Wärmeleitungsstreifen 92 S-förmig gekrümmt. Benachbarte der Wärmeleitungsstreifen 92 sind über Schlitze 93 voneinander getrennt.
Die Ausführung nach 21 unterscheidet sich von derjenigen nach 20 durch die Form der Biegung der Wärmeleitungsstreifen, die bei der Ausführung nach 21 die Bezugsziffer 94 tragen. Bei der Ausführung nach 21 sind die Wärmeleitungsstreifen 94 in der Ebene des Wärmeleitungsabschnitts 37 C-förmig gebogen ausgeführt. Benachbarte der Wärmeleitungsstreifen 94 sind durch ebenfalls C-förmig gebogen ausgeführte Schlitze 95 voneinander beabstandet.
Durch die Ausgestaltung der Wärmeleitungsstreifen entsprechend den vorstehend erläuterten Ausführungsbeispielen des Einzelspiegels nach den 14, 15 und 18, nach 20 und nach 21 und durch die Ausgestaltung der zwischen benachbarten Wärmeleitungsstreifen angeordneten Schlitze hinsichtlich der Form, der Breite, der Anzahl der Wärmeleitungsstreifen sowie der Form, Breite und Anzahl der Schlitze kann eine Steifigkeit und eine Wärmeleitungseigenschaft der hierdurch jeweils ausgebildeten Membranfeder zwischen dem inneren Verbindungsabschnitt 60 und dem äußeren Verbindungsabschnitt 61 an Vorgabewerte angepasst werden.
Anhand der 22 und 23 werden zwei verschiedene Gestaltungsmöglichkeiten bei der thermischen Ankopplung des Abstandshalters 41 an den zentralen Haltekörper 40 bzw. den inneren Verbindungsabschnitt 60 des Wärmeleitungsabschnitts 37 beschrieben. Komponenten, die denjenigen entsprechen, die vorstehend unter Bezugnahme insbesondere auf die 14 bereits erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert.
Bei der Ausgestaltung nach 22 ist der zentrale Haltekörper 40 des Wärmeleitungsabschnitts 37 zwischen dem Abstandshalter 41 und dem Aktuatorstift 43 angeordnet, so dass auf einer Seite des zentralen Haltekörpers 40 des Wärmeleitungsabschnitts 37 der Abstandshalter 41 und auf der anderen Seite des zentralen Haltekörpers 40 der Aktuatorstift 43 angebunden ist. Der Abstandshalter 41 ist mit dem Aktuatorstift 43 also über den Haltkörper 40 verbunden.
Bei der Ausgestaltung nach 23 ist der Abstandshalter 41 direkt mit dem Aktuatorstift 43 verbunden. Der zentrale Haltekörper 40 des Wärmeleitungsabschnitts 37 hat eine zentrale Öffnung 96, durch die ein dem Aktuatorstift 43 zugewandtes Ende des Abstandshalters 41 sich hindurch erstreckt. Der zentrale Haltekörper 40, der diesen Endbereich des Abstandshalters 41 umgibt, liegt auf einer dem Abstandshalter 41 zugewandten Stirnwand des Aktuatorstifts 43 auf und ist hierüber mit dem Aktuatorstift 43 verbunden. Eine thermische Ankopplung des Abstandshalters 41 und damit des Spiegelkörpers 35 an den Wärmeleitungsabschnitt 37 erfolgt im Falle der Ausführung nach 23 nicht direkt, sondern über den Aktuatorstift 43.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 6658084 B2 [0002]
- US 7145269 B2 [0008, 0093]
- WO 2007/134574 A [0011, 0094]
- EP 1225481 A [0054]

Claims

Optische Baugruppe zur Führung eines EUV-Strahlungsbündels – mit einer evakuierbaren Kammer (32); – mit mindestens einem in der Kammer (32) untergebrachten Spiegel (13, 14; 26), – mit einer Mehrzahl von Einzelspiegeln (27), deren Reflexionsflächen (34) sich zu einer gesamten Spiegel-Reflexionsfläche ergänzen, – mit einer Tragstruktur (36), die jeweils über einen Wärmeleitungsabschnitt (37) mit einem Spiegelkörper (35) des jeweiligen Einzelspiegels (27) mechanisch verbunden ist, – wobei zumindest einige der Spiegelkörper (35) einen zugeordneten Aktuator (50) zur vorgegebenen Verlagerung des Spiegelkörpers (35) relativ zur Tragstruktur (36) in mindestens einem Freiheitsgrad aufweisen, – wobei die Wärmeleitungsabschnitte (37) zur Abführung einer von den Spiegelkörpern (35) aufgenommenen thermischen Leistungsdichte von mindestens 1 kW/m² auf die Tragstruktur (36) ausgebildet sind.
Optische Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoren (50) als elektromagnetisch arbeitende Aktuatoren ausgebildet sind.
Optische Baugruppe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoren (50) als Lorentz-Aktuatoren ausgebildet sind.
Optische Baugruppe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine stromführende Aktuatorkomponente des Lorentz-Aktuators (50) durch auf einen Grundkörper (26) aufgedruckte Leiterbahnen (48) ausgebildet ist.
Optische Baugruppe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Grundkörper (46) mehrere übereinander liegende Lagen (51 bis 54) aufgedruckter Leiterbahnen (48) angeordnet sind.
Optische Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoren als Reluktanz-Aktuatoren aufgebaut sind.
Optische Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoren als Piezo-Aktuatoren ausgebildet sind.
Optische Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Wärmeleitungsabschnitt (37) eine Mehrzahl von Wärmeleitungsstreifen (55) aufweist, wobei benachbarte Wärmeleitungsstreifen (55) voneinander getrennt ausgeführt sind und wobei jeder Wärmeleitungsstreifen (55) den Spiegelkörper (35) mit der Tragstruktur (36) verbindet.
Optische Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur (36) aktiv gekühlt ist.
Optische Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der Reflexionsflächen (34) der Spiegelkörper (35) größer ist als das 0,5-fache einer Gesamtfläche, die von der Gesamt-Reflexionsfläche des Spiegels (13, 14; 26) belegt ist.
Optische Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegelkörper (35) matrixförmig angeordnet sind.
Optische Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegelkörper (35) die Facetten (19; 29) eines Facettenspiegels (13, 14, 26, 28) darstellen.
Optische Baugruppe zur Führung eines EUV-Strahlungsbündels – mit einer evakuierbaren Kammer (32); – mit mindestens einem in der Kammer (32) untergebrachten Spiegel (13, 14; 26), – mit einer Mehrzahl von Einzelspiegeln (27), deren Reflexionsflächen (34) sich zu einer gesamten Spiegel-Reflexionsfläche ergänzen, – mit einer Tragstruktur (36), die jeweils über einen Wärmeleitungsabschnitt (37) mit einem Spiegelkörper (35) des jeweiligen Einzelspiegels (27) mechanisch verbunden ist, – wobei zumindest einige der Spiegelkörper (35) einen zugeordneten Aktuator (50) zur vorgegebenen Verlagerung des Spiegelkörpers (35) relativ zur Tragstruktur (36) in mindestens einem Freiheitsgrad aufweisen, – wobei zumindest einer der Wärmeleitungsabschnitte (37) eine Mehrzahl von Wärmeleitungsstreifen (56 bis 58) aufweist, wobei benachbarte Wärmeleitungsstreifen (56 bis 58) eines der Wärmeleitungsabschnitte (37) voneinander getrennt ausgeführt sind und wobei jeder der Wärmeleitungsstreifen (56 bis 58) den Spiegelkörper (35) mit der Tragstruktur (36) verbindet.
Optische Baugruppe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitungsstreifen (56 bis 58) radial um ein Zentrum (59) herum ausgeführt sind, wobei – an einem radial inneren Verbindungsabschnitt (60) des Wärmeleitungsabschnitts (37) ein Verbindungsübergang (56i bis 58i) des Wärmeleitungsstreifens (56 bis 58) mit der Tragstruktur (36) oder dem Spiegelkörper (35), – an einem radial äußeren Verbindungsabschnitt (61) ein Verbindungsübergang (56a bis 58a) des Wärmeleitungsstreifens (56 bis 58) mit dem Spiegelkörper (35) oder mit der Tragstruktur (36) angeordnet ist.
Optische Baugruppe nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitungsstreifen (56 bis 58) so angeordnet sind, dass auf einem Radius zwischen dem inneren Verbindungsabschnitt (60) und dem äußeren Verbindungsabschnitt (61) mehrere Wärmeleitungsstreifen (58 bis 60) aufeinander folgen, wobei zwischen benachbarten Wärmeleitungsstreifen (58 bis 60) jeweils ein Zwischenraum vorliegt.
Optische Baugruppe nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitungsstreifen (56 bis 58) spiralförmig ausgeführt sind.
Optische Baugruppe nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Spiegelkörper (35) ein zentraler und senkrecht zu einer Spiegelebene des Einzelspiegels (27) verlaufender Elektrodenstift (43) verbunden ist, der zur Aktuierung des Einzelspiegels (27) mit mindestens einer Gegenelektrode (62 bis 64) zusammenwirkt, die mit dem Tragkörper (36) verbunden ist.
Optische Baugruppe nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von den Elektrodenstift (43) in Umfangsrichtung umgebenden Gegenelektroden (62 bis 64), die gegeneinander elektrisch isoliert sind.
Spiegel (13, 14; 26) zur Verwendung in einer optischen Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 18.
Beleuchtungsoptik (4; 24) für eine Mikrolithografie-Projektions-belichtungsanlage (1) zur Ausleuchtung eines Objektfeldes (5) mit EUV-Beleuchtungslicht (10) einer Strahlungsquelle (3) mit mindestens einer optischen Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 18.
Beleuchtungssystem mit einer Beleuchtungsoptik (4; 24) nach Anspruch 20 und einer EUV-Strahlungsquelle (3) zum Erzeugen von Beleuchtungslicht (10).
Projektionsbelichtungsanlage – mit einem Beleuchtungssystem (2) nach Anspruch 21, – mit einer Projektionsoptik (7) zur Abbildung des in einer Objektebene (6) vorliegenden Objektfeldes (5) in ein Bildfeld (8) in einer Bildebene (9).
Verfahren zur Herstellung strukturierter Bauelemente mit folgenden Schritten: – Bereitstellen eines Wafers, auf den zumindest teilweise eine Schicht aus einem lichtempfindlichen Material aufgebracht ist, – Bereitstellen eines Retikels (30), das abzubildende Strukturen aufweist, – Bereitstellen einer Projektionsbelichtungsanlage (1) nach Anspruch 22, – Projizieren wenigstens eines Teils des Retikels (30) auf einen Bereich der Schicht des Wafers mit Hilfe der Projektionsbelichtungsanlage (1).
Strukturiertes Bauelement, hergestellt nach einem Verfahren nach Anspruch 23.