DE102009045163A1

DE102009045163A1 - Optische Anordnung in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage

Info

Publication number: DE102009045163A1
Application number: DE102009045163A
Authority: DE
Inventors: Armin SCHÖPPACH; Hans-Jürgen Mann; Frank Eisert; Yim-Bun-Patrick Kwan
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2009-09-30
Filing date: 2009-09-30
Publication date: 2011-04-07
Anticipated expiration: 2029-10-01
Also published as: DE102009045163B4; US9436101B2; JP5602233B2; CN102640056B; KR101532126B1; US20120182533A1; KR20120073309A; TWI519828B; TW201207443A; WO2011039103A1; JP2013506978A; CN102640056A

Abstract

Die Erfindung betrifft u.a. eine optische Anordnung in einer mikrolithographischen Projektionsbeleuchtungsanlage, mit wenigstens einem optischen Element (110, 210) und einem Stützelement (120, 220) für dieses optische Elemente (110, 210), wobei das optische Element (110, 210) und das Stützelement (120, 220) miteinander über wenigstens drei Entkopplungselemente (131, 132, 133; 231, 232, 233) verbunden sind, und wobei diese Entkopplungselemente (131, 132, 133; 231, 232, 233) mit dem optischen Element (110, 210) monolithisch ausgebildet sind.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine optische Anordnung in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.
Stand der Technik
Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise oder LCD's, angewendet. Der Mikrolithographieprozess wird in einer sogenannten Projektionsbelichtungsanlage durchgeführt, welche eine Beleuchtungseinrichtung und ein Projektionsobjektiv aufweist. Das Bild einer mittels der Beleuchtungseinrichtung beleuchteten Maske (= Retikel) wird hierbei mittels des Projektionsobjektivs auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes und in der Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnetes Substrat (z. B. ein Siliziumwafer) projiziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen.
In für den EUV-Bereich ausgelegten Projektionsobjektiven, d. h. bei Wellenlängen von z. B. etwa 13 nm oder etwa 7 nm, werden mangels Verfügbarkeit geeigneter lichtdurchlässiger refraktiver Materialien Spiegel als optische Komponenten für den Abbildungs-Prozess verwendet. Insbesondere in hochaperturigen Projektionsobjektiven (z. B. mit Werten der numerischen Apertur größer als 0.4) ist dabei zwischen dem nächstliegend zum Wafer angeordneten Spiegel und dem Wafer ein geringer Abstand (z. B. im Bereich von 20–50 mm) erforderlich, was wiederum erfordert, dass der Spiegel vergleichsweise dünn (d. h. mit geringen Werten für das Verhältnis von Dicke zu Durchmesser von z. B. 10 oder mehr) auszubilden ist.
Bei derartigen dünnen Spiegeln tritt in der Praxis das Problem unterwünschter, z. B. gravitationsbedingter oder durch Montage- oder Beschichtungseffekte verursachter Oberflächendeformationen auf. Dabei können die durch parasitäre bzw. die statische Bestimmtheit störende Kräfte bzw. Momente hervorgerufenen Deformationen der Spiegel bereits die Größenordnung von z. B. 50% der für die Spiegel insgesamt erlaubten Oberflächendeformation erreichen.
Eine weitere Anforderung in der Praxis ist, dass der mit steigenden numerischen Aperturen einhergehende Anstieg der Spiegelabmessungen zur Erfüllung der geforderten Spezifikationen die Realisierung zunehmender Eigenfrequenzen erforderlich macht, um zum einen die Positionen der optischen Elemente zueinander auch bei Auftreten externer Vibrationen starr beizubehalten und zum anderen eine hinreichende Steifigkeit gegenüber parasitären sowie massenabhängigen Momenten bzw. Störkräften, welche i. d. R. durch Verschrauben der Spiegel nach dem Polieren erzeugt werden, bereitzustellen.
Dabei tritt – auch bei Spiegeln an anderen Positionen als der bildebenenseitig letzten Position im Projektionsobjektiv – das Problem auf, dass bei größeren Spiegeldurchmessern die erreichbare Eigenfrequenz unabhängig von der Spiegeldicke begrenzt ist. Insbesondere sind beispielsweise bislang erreichte Eigenfrequenzen in einem mit sechs Spiegeln ausgestatteten EUV-Projektionsobjektiv bei weitem nicht ausreichend, um Störeinflüsse aufgrund externer Vibrationen zur Erzielung der angestrebten Overlay-Spezifikationen hinreichend zu unterdrücken.
Zur Lösung der mit der Einleitung mechanischer Spannungen in optische Elemente wie Spiegel oder Linsen verbundenen Probleme ist eine Vielzahl von Ansätzen unter Verwendung von Entkopplungselementen bekannt.
Dabei ist es insbesondere bekannt, Entkopplungselemente in einer kinematischen Dreipunkt-Anordnung vorzusehen, um infolge der eindeutigen Definition der Ebene durch drei Punkte eine gute Reproduzierbarkeit der Position zu erzielen.
Aus WO 2005/054953 A2 ist u. a. eine Halteanordnung für ein optisches Element in einem Projektionsobjektiv bekannt, wobei zwischen einer Fassung und dem optischen Element ein Verstärkungselement vorgesehen ist, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient im Wesentlichen demjenigen des optischen Elementes entspricht.
Aus US 2009/0122428 A1 ist es u. a. bekannt, optische Elemente einer Projektionsbelichtungsanlage so auszubilden, dass thermisch induzierte Deformationen reduziert werden, wozu u. a. auch eine mit einer rippenförmigen Struktur versehene Korrekturplatte auf der Rückseite eines Spiegels aufgebracht wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine optische Anordnung in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage bereitzustellen, welche auch bei höheren numerischen Aperturen Beeinträchtigungen der Abbildungseigenschaften durch an den optischen Elementen auftretende parasitäre Momente bzw. Kräfte reduziert bzw. vermeidet.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist eine optische Anordnung in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage auf:

– wenigstens ein optisches Element, und
– ein Stützelement für dieses optischen Elementes,
– wobei das optische Element und das Stützelement miteinander über wenigstens drei Entkopplungselemente verbunden sind, und
– wobei diese Entkopplungselemente mit dem optischen Element monolithisch ausgebildet sind.

Der Erfindung liegt somit gemäß einem ersten Aspekt das Konzept zugrunde, zur Entkopplung des optische Elementes von der umgebenden Tragstruktur eingesetzte Entkopplungselemente monolithisch, d. h. aus ein- und demselben Materialblock wie das optische Element bzw. dessen optisch wirksame Fläche (beispielsweise einem Glasmaterial wie Quarzglas (SiO₂), Zerodur^®, ULE^® oder Clearceram^®) herzustellen, also die Entkopplungselemente gerade nicht in einem separaten Fügeschritt bzw. unter Anwendung irgendeiner Verbindungstechnik (z. B. unter Verwendung von Chemikalien, Klebern, Klemmverbindungen etc.) auf das optische Element aufzubringen. Infolgedessen können die beispielsweise mit Klebeverbindungen und deren Aushärtung einhergehenden Schrumpfungs- bzw. Spannungseffekte sowie auch Instabilitäten der Verbindung unter Vakuumbedingungen vermieden werden.
Durch das Stützelement wird eine Schnittstelle zwischen dem optischen Element und einer Tragstruktur der Projektionsbelichtungsanlage bereitgestellt, wobei infolge der 3-Punkt-Entkopplung keine Steifigkeit zwischen Stützelement und optischen Element übertragen wird.
Gemäß der Erfindung wird dabei der mit einer monolithischen Ausbildung der Entkopplungselemente einhergehende, erhöhte fertigungstechnische Aufwand bewusst in Kauf genommen, um im Gegenzug parasitäre Momente bzw. Kräfte zu reduzieren und der trotz großer Spiegeldurchmesser bzw. geringer Spiegeldicken zu erzielenden Steifigkeit Rechnung zu tragen.
In der erfindungsgemäßen Anordnung kann somit insbesondere ein Spiegel hinreichend dünn und dennoch mit ausreichender Steifigkeit bereitgestellt werden, wobei infolge der monolithischen Ausbildung Fügetechnologien wie z. B. Kleben und damit einhergehende Spannungseinleitungen entbehrlich sind.
Gemäß einer Ausführungsform sind ferner die Entkopplungselemente mit dem Stützelement monolithisch ausgebildet, so dass auch zwischen Entkopplungselementen und Stützelement keine Verbindungstechniken angewandt werden müssen und auch insoweit Spannungseinleitungen eliminiert werden. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausgestaltung beschränkt, sondern es sollen auch Ausführungsformen als von der vorliegenden Erfindung umfasst gelten, bei denen eine monolithische Ausbildung nur zwischen optischem Element und Entkopplungselementen vorliegt, also die Verbindung zwischen Entkopplungselementen und Stützelement über eine separate Verbindungstechnik erfolgt.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Stützelement mit einer Tragstruktur der mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage über Lagerungselemente verbunden, wobei die Lagerungselemente gegenüber den Entkopplungselementen in Umfangsrichtung versetzt angeordnet sind. Infolge der Versetzung der die Verbindung zwischen Stützelement und Tragstruktur herstellenden Lagerungselemente gegenüber den die Verbindung zwischen optischem Element und Stützelement bewirkenden Entkopplungselementen wird eine verbesserte Entkopplung des optischen Elements (z. B. Spiegels) von der Tragstruktur erzielt.
Auf diese Weise kann eine weitere Verbesserung der Entkopplung von parasitären Fassungseinflüssen erzielt werden, indem die Lagerungselemente bzw. die Ankopplungspositionen der Tragstruktur in vergrößertem bzw. vorzugsweise maximalem Abstand von den einen Kontakt mit dem optischen Element herstellenden Entkopplungselementen bzw. Fügestellen angeordnet sind. Durch die maximale Entfernung zwischen mechanischer Befestigung an der Tragstruktur einerseits und Entkopplungselementen bzw. Fügestellen andererseits ergibt sich eine vergleichsweise lange bzw. maximale Wegstrecke und somit ein relativ großer Unterdrückungsfaktor hinsichtlich der Übertragung etwaiger unvermeidlicher Spannungen von den mechanischen Verbindungen zwischen Tragstruktur und Stützelement auf das optische Element.
Diese vorteilhafte Wirkung ist auch dann gegeben, wenn die Verbindung zwischen optischem Element und Stützelement nicht über monolithische Entkopplungselemente, sondern über anderweitige Fügestellen erfolgt, beispielsweise dann, wenn wie im Weiteren erläutert die Ausbildung von (mit dem optischen Element) monolithischen Entkopplungselementen infolge der Spiegelposition nicht möglich ist.
Somit weist gemäß einem weiteren Ansatz der Erfindung eine optische Anordnung einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage auf:

– eine Tragstruktur,
– wenigstens ein optisches Element, und
– ein Stützelement, welches an das optische Element an wenigstens drei Fügestellen angefügt ist,
– wobei das Stützelement mit der Tragstruktur über Lagerungselemente verbunden ist, und
– wobei die Lagerungselemente gegenüber den Fügestellen in einer Umfangsrichtung versetzt angeordnet sind.

Gemäß einer Ausführungsform sind die Entkopplungselemente bzw. die Fügestellen jeweils in einem in Umfangsrichtung im Wesentlichen konstanten Abstand voneinander angeordnet. Des Weiteren können gemäß einer Ausführungsform die Lagerungselemente relativ zu den Entkopplungselementen bzw. den Fügestellen jeweils in einem in Umfangsrichtung im Wesentlichen konstanten Abstand voneinander angeordnet sein. Hierdurch kann ein maximaler Abstand zwischen den Ankopplungspositionen der Tragstruktur von den einen Kontakt mit dem optischen Element herstellenden Entkopplungselementen bzw. Fügestellen erzielt werden.
Gemäß einer Ausführungsform der vorstehenden Ansätze sind die Entkopplungselemente bzw. die Fügestellen zueinander in einer Umfangsrichtung jeweils um einen Winkel von 120° ± 30°, insbesondere 120° ± 20°, weiter insbesondere 120° ± 10°, versetzt. Des Weiteren sind vorzugsweise die Lagerungselemente gegenüber den Entkopplungselementen bzw. gegenüber den Fügestellen in einer Umfangsrichtung jeweils um einen Winkel von 60° ± 20°, insbesondere 60° ± 10°, weiter insbesondere 60° ± 3°, versetzt.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Stützelement mit dem optischen Element über genau drei Entkopplungselemente bzw. Fügestellen verbunden. Eine solche Ausgestaltung erweist sich insofern als besonders vorteilhaft, als eine weitere Erhöhung der Anzahl von Entkopplungselementen bzw. Fügestellen zu keiner Verbesserung der Steifigkeitseigenschaften bzw. der erzielten Eigenfrequenzen führt, aber in nachteiliger Weise die Deformationen durch parasitäre Momente zunehmen.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Lagerungselemente so ausgestaltet, dass sie eine statisch bestimmte Lagerung des optischen Elementes ergeben (wobei insbesondere keine überflüssigen Kräfte vorhandenen sind, um das optische Element in seiner Position zu halten). Hierzu können als Lagerungselemente beispielsweise in für sich bekannter Weise drei Bipods vorgesehen sein. Alternativ kann auch eine beliebige andere in einer statischen Bestimmtheit des optischen Elementes resultierende Lagerung, z. B. eine hexapodische Lagerung, vorhanden sein.
Gemäß einer Ausführungsform sind das optische Element und das Stützelement aus Materialien mit voneinander verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten hergestellt. Hierdurch kann unterschiedlichen Erwärmungen von optischem Element und Stützelement, wie sie im Betrieb unter EUV-Bedingungen auftreten können, Rechnung getragen werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind optisches Element und Stützelement aus demselben Material, insbesondere Quarzglas (SiO₂), ULE^®, Zerodur^® oder Clearceram^®, hergestellt, wodurch u. a. thermisch induzierte Deformationen minimiert werden können.
Gemäß einer Ausführungsform ist das optische Element ein Spiegel. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Grundsätzlich sind vielmehr von dem Begriff „optisches Element” im Sinne der vorliegenden Anmeldung beliebige optische Elemente, z. B. auch refraktive Elemente wie z. B. Linsen oder diffraktive Elemente wie optische Gitter umfasst.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Stützelement wenigstens einen Schlitz auf, wodurch (insbesondere bei tangentialer Anordnung mehrerer Schlitze) eine zusätzliche Flexibilität in radialer Richtung bereitgestellt und eine zumindest teilweise Entkopplung in radialer Richtung bewirkt werden kann, was insbesondere im Falle von Temperaturunterschieden zwischen dem Stützelement und dem optischen Element bzw. Spiegel vorteilhaft sein kann.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Stützelement auf einer Außenseite des optischen Elementes angeordnet, also etwa als bezogen auf das optische Element äußerer Ring, ausgebildet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Stützelement auch auf der einer optisch wirksamen Fläche abgewandten Fläche des optischen Elementes angeordnet sein. Dies hat zum einen den Vorteil, dass das Stützelement mit geringeren Außenabmessungen (im Falle einer Ausbildung als Ring also z. B. mit geringerem Radius) ausgebildet sein kann, wodurch (Glas-)Material eingespart und das Gewicht reduziert wird. Des Weiteren kann das Stützelement auf diese Weise mit einer größeren Steifigkeit ausgestattet werden.
Gemäß einer Ausführungsform weist das optische Element ein Verhältnis von maximalem Durchmesser zu maximaler Dicke von wenigstens 5, insbesondere wenigstens 10, insbesondere wenigstens 15, weiter insbesondere wenigstens 20, auf (wobei der Durchmesser jeweils auf die optisch genutzte bzw. von Licht beaufschlagte Fläche bezogen ist). Bei derart geringen Dicken ist die Erfindung insofern besonders vorteilhaft, als die erfindungsgemäß bei geringen Dicken erzielbare Steifigkeit besonders zum Tragen kommt.
Gemäß einer Ausführungsform weist das optische Element ein zentrales Loch auf.
Gemäß einer Ausführungsform weist das optische Element Maßnahmen zur Gewichtserleichterung auf. Dabei kann der Randabschnitt zur Aussteifung des optischen Elementes in Richtung der optischen Systemachse (d. h. in Dickenrichtung) erhöht werden, wodurch die Steifigkeit geringerem Gewicht nicht wesentlich reduziert wird.
Die Erfindung betrifft ferner auch eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage für die EUV-Lithographie mit einer Beleuchtungseinrichtung und einem Projektionsobjektiv, wobei Beleuchtungseinrichtung und/oder Projektionsobjektiv eine erfindungsgemäße optische Anordnung mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen aufweisen.
Das optische Element kann gemäß einer Ausführungsform der im optischen Strahlengang letzte Spiegel des Projektionsobjektivs sein. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das optische Element der nächstliegend zum Wafer angeordnete Spiegel des Projektionsobjektivs sein. Des Weiteren kann das Projektionsobjektiv eine numerische Apertur von wenigstens 0.3, insbesondere wenigstens 0.4, insbesondere wenigstens 0.45, weiter insbesondere wenigstens 0.5, aufweisen. In diesen Anwendungssituationen ist die Erfindung insofern besonders vorteilhaft, als – wie eingangs erläutert – gerade bei vergleichsweise hohen numerischen Aperturen angesichts des erforderlichen geringen Abstandes zwischen bildebenenseitig letztem Spiegel und Wafer der Spiegel vergleichsweise dünn auszubilden ist, so dass die erfindungsgemäß bei geringen Dicken erzielbare Steifigkeit besonders zum Tragen kommt.
Die Erfindung betrifft ferner eine optische Anordnung in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, mit

– einer Tragstruktur;
– wenigstens einem optischen Element, welches ein Verhältnis von maximalem Durchmesser zu maximaler Dicke von wenigstens 10 aufweist; und
– einem Stützelement für dieses optische Element;
– wobei das Stützelement mit der Tragstruktur über Lagerungselemente verbunden ist, und
– wobei eine Eigenfrequenz des Systems aus optischem Element, Stützelement und Lagerungselementen wenigstens 250 Hz beträgt.

Die mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage kann insbesondere für eine Arbeitswellenlänge von weniger als 15 nm ausgelegt sein.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
1a–b schematische Darstellungen einer erfindungsgemäßen Anordnung in Draufsicht (1a) bzw. im Schnitt (1b) gemäß einer Ausführungsform;
1c eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung in Draufsicht;
2 eine schematische perspektivische Darstellung zur Erläuterung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
3a–b schematische perspektivische Darstellungen zur Erläuterung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
4 eine schematische Detailansicht zur Erläuterung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; und
5 eine schematische Darstellung einer für EUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Weiteren wird zunächst ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf 1a–b erläutert.
Gemäß 1a–b umfasst eine optische Anordnung 100 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel ein optisches Element 110 in Form eines Spiegels. Der Spiegel kann insbesondere ein Spiegel eines Projektionsobjektivs einer für EUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage sein, welcher (ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt wäre) als Konkavspiegel ausgebildet ist und wie aus 1b erkennbar u. a. einen verstärkten Abschnitt 115 zum Zwecke der Aussteifung des Spiegels und ein zentrales Loch 150 aufweist.
Des Weiteren umfasst die Anordnung 100 ein Stützelement 120, welches im Ausführungsbeispiel gemäß 1a–b als zum optischen Element 110 konzentrisch angeordneter Außenring ausgebildet ist. Dieses Stützelement 120 ist mit dem optischen Element 110 über stegartig zwischen optischem Element 110 und Stützelement 120 verlaufende Entkopplungselemente 131, 132 und 133 verbunden. In dem konkreten Ausführungsbeispiel bildet ferner der vorstehend erwähnte verstärkte Abschnitt 115 einen relativ zu dem Stützelement 120 bzw. Außenring radial innen angeordneten (Innen-)Ring, wobei dieser Innenring jedoch zugleich Teil des Spiegels selbst ist.
Wenngleich das Ausführungsbeispiel einen im Wesentlichen runden Spiegel zeigt, ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt. Vielmehr kann der Spiegel in diesem wie in den weiteren Ausführungsbeispielen auch eine beliebige andere, z. B. elliptische, rechteckige, nierenförmige oder dreieckige Geometrie aufweisen.
Die Entkopplungselemente 131–133 sind hinreichend weich bzw. elastisch ausgebildet, so dass keine Übertragung von Deformationen vom Stützelement 120 zum optischen Element 110 erfolgt. Die Dimensionierung dieser Entkopplungselemente 131–133 ist je nach den konkreten Gegebenheiten bzw. Abmessungen von optischem Element 110 und Stützelement 120 geeignet zu wählen, wobei für typische Durchmesser des Spiegels im Bereich von 300 bis 600 mm beispielhafte Werte für die Länge bzw. Breite der stegartigen Entkopplungselemente 131–133 im Bereich von 5 bis 20 mm liegen können.
Des Weiteren weist die optische Anordnung 100 Befestigungsansätze 141, 142 und 143 für (in 1 nicht dargestellte) Lagerungselemente wie z. B. Bipods auf, über welche die Anordnung 100 an eine (in 1 ebenfalls nicht dargestellte) Tragstruktur des optischen Systems angekoppelt ist. Die Ankopplung an die Tragstruktur kann ebenfalls unter Verwendung von Entkopplungselementen erfolgen, um in Verbindung mit den Entkopplungselementen 131–133 insgesamt eine zweistufige Entkopplung auf dem Weg vom optischen Element hin zur Tragstruktur zu verwirklichen.
Ein wesentliches Merkmal des in 1a–b gezeigten Ausführungsbeispiels ist, dass das optische Element 110, das Stützelement 120 sowie die Entkopplungselemente 131–133 monolithisch ausgebildet sind, d. h. einstückig bzw. aus ein- und demselben Materialblock gefertigt sind. Als Material ist beispielsweise Quarzglas (SiO₂), ULE^®, Zerodur^® oder Clearceram^® geeignet.
Wie aus 1a erkennbar sind ferner die Entkopplungselemente 131, 132 und 133 in Umfangsrichtung um jeweils 120° zueinander versetzt. Des Weiteren sind die – Verbindungspunkte zur äußeren Tragstruktur bildenden – Befestigungsansätze 141, 142 und 143 nicht nur um ebenfalls 120° zueinander, sondern auch um jeweils 60° zu den jeweils entlang des Umfangs benachbarten Entkopplungselementen 131–133 in Umfangsrichtung versetzt, so dass im Ergebnis ein unter den gegebenen Bedingungen maximaler Abstand zwischen jedem Entkopplungselement 131–133 und dem jeweils nächstliegenden Befestigungsansatz 141–143 realisiert wird.
Die vorstehend beschriebene relative Anordnung kann beispielsweise gemäß 1a dadurch realisiert werden, dass die Entkopplungselemente 131–133 beispielsweise in den Positionen „12 Uhr”, „4 Uhr” und „8 Uhr” angeordnet werden, wohingegen die Befestigungsansätze 141–143 zur mechanischen Verbindung mit der Tragstruktur bzw. zum übrigen Teil des optischen Systems am Stützelement 120 unter den Positionen „2 Uhr”, „6 Uhr” und „10 Uhr” angeordnet werden.
Die Anordnung aus dem optischem Element 110 bzw. Spiegel, den (monolithischen) Entkopplungselementen 131–133, dem Stützelement 120 bzw. äußeren Ring und den Befestigungsansätzen 141, 142 und 143 mit den daran angebrachten Lagerungselementen wie z. B. Bipods kann als dynamisches System „M1 – K1 – M2 – K2” angesehen werden. M1 bezeichnet hierbei die Masse des optischen Elementes bzw. Spiegels (in kg), K1 die Steifigkeit der Entkopplungselemente 131–133 (in der Hauptrichtung sowie in Einheiten von N/m), M2 die Masse des Stützelementes 120 bzw. Außenringes und K2 die Steifigkeit der Lagerungselemente bzw. Bipods. Zur bestmöglichen Entkopplung des Spiegels gegenüber fassungsbedingten parasitären Einflüssen sollte K1 insbesondere in den parasitären Richtungen so klein wie möglich sein. Des Weiteren sollte die Eigenfrequenz oberhalb von 300 Hz liegen. M1 und K1 werden so dimensioniert, dass sie eine Eigenfrequenz erzeugen, welche etwas größer als die gewünschte erste Eigenfrequenz des Gesamtsystems (300 Hz) ist und z. B. im Bereich von 350 Hz bis 400 Hz liegen kann. Der durch den verstärkten Abschnitt des optischen Elementes gebildete „innere Ring” mit Masse M2 sollte eine hinreichende Steifigkeit aufweisen, so dass er sich im Wesentlichen wie ein starrer Körper verhält, wobei die durch die Summe der Massen M1 + M2 sowie K2 erzeugte Eigenfrequenz wesentlich größer als 300 Hz sein, und z. B. mehr als 600 Hz betragen, sollte.
Wie in 1c angedeutet können im optischen Element 110 auch Schlitze 161–163 vorgesehen sein, um eine zusätzliche Flexibilität bzw. eine zumindest teilweise Entkopplung in radialer Richtung bereitzustellen, was insbesondere im Falle von Temperaturunterschieden zwischen dem Stützelement und dem optischen Element bzw. Spiegel vorteilhaft sein kann. Im Ausführungsbeispiel können etwa drei Schlitze 161–163 (mit lediglich beispielhaften Abmessungen von 20–40 mm Länge) tangential angeordnet bzw. ausgerichtet werden. Alternativ können derartige Schlitze auch im Stützelement 120 bzw. Ring angeordnet sein.
2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung 200, wobei zu 1 vergleichbare bzw. im Wesentlichen funktionsgleiche Elemente mit um „100” erhöhten Bezugsziffern gekennzeichnet sind.
Das Ausführungsbeispiel gemäß 2 unterscheidet sich von demjenigen aus 1 im Wesentlichen dadurch, dass das Stützelement 220 nicht als in Bezug auf das optische Element 210 bzw. den Spiegel äußerer Ring ausgebildet sondern gewissermaßen radial nach innen versetzt ist, wobei das Stützelement 220 auf der Rückseite des optischen Elementes 210 bzw. Spiegels bzw. auf dessen seiner optischen Wirkfläche entgegengesetzten Seite angeordnet ist.
Demzufolge sind in dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 die eine Verbindung zwischen Stützelement 220 und optischem Element 210 herstellenden drei Entkopplungselemente (von denen in 2 lediglich ein Entkopplungselement 231 angedeutet ist) ebenfalls radial innenseitig bezogen auf das optische Element 210 bzw. dessen verstärkten Randabschnitt 215 angeordnet, wobei sich die Entkopplungselemente 231–233 vom Stützelement 220 bis zu dem verstärkten Randabschnitt 215 des optischen Elements 210 erstrecken.
Analog zu dem Ausführungsbeispiel von 1a–b sind auch bei der Anordnung 200 gemäß 2 das optische Element 210 bzw. der Spiegel, das Stützelement 220 und die Entkopplungselemente 231–233 monolithisch miteinander ausgebildet.
Wenngleich in den Ausführungsbeispielen von 1 und 2 eine monolithische Ausbildung der Entkopplungselemente 131–133 bzw. 231–233 sowohl mit dem optischen Element als auch dem Stützelement realisiert ist, sind weitere Ausführungsformen möglich und sollen als von der vorliegenden Erfindung mit umfasst gelten, bei denen die monolithische Ausbildung nur betreffend die Anordnung aus optischem Element und Entkopplungselementen vorliegt, also die Verbindung zwischen Entkopplungselementen und Stützelement über eine separate Verbindungstechnik erfolgt.
3a–b zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung 300, wobei zu 1 vergleichbare bzw. im Wesentlichen funktionsgleiche Elemente mit um „200” erhöhten Bezugsziffern gekennzeichnet sind.
Die optische Anordnung 300 gemäß 3a–b umfasst ein optisches Element 310 wiederum in Form eines (hier konvexen) Spiegels, welcher an ein Stützelement 320 in Form eines äußeren Ringes zur Aussteifung des optischen Elementes 310 bzw. Spiegels an wenigstens drei Fügestellen 331, 332, 333 angefügt ist, wobei diese Fügestellen 331, 332, 333 analog zu der Anordnung von Entkopplungselementen 131–133 aus 1 in Umfangsrichtung um jeweils 120° zueinander versetzt sind.
Im Unterschied zu der Ausführungsform von 1 ist die Verbindung an den Fügestellen 331–333 jedoch nicht über monolithische Entkopplungselemente realisiert, sondern unter Anwendung eine geeigneten Verbindungs- bzw. Fügetechnik, beispielsweise mittels Laserlöten oder als Klebeverbindung. Lediglich beispielhaften Abmessungen der Fügestellen können größenordnungsmäßig (ohne das die Erfindung hierauf beschränkt wäre) im Bereich von 5 mm·5 mm liegen, da bei der hier im Wesentlichen flächigen Verbindung und der demzufolge im Vergleich zu den Ausführungsformen von 1 und 2 geringeren Biegespannungen bereits derart kleine Querschnittsflächen ausreichend sind.
Die Ausgestaltung gemäß 3a–b ist insbesondere geeignet für die Lagerung des bildebenenseitig letzten bzw. unmittelbar vor dem Wafer angeordneten Spiegels im Projektionsobjektiv, da in fertigungstechnischer Hinsicht die Bearbeitung bzw. das Polieren dieses Spiegels im Falle des Vorhandenseins monolithischer Entkopplungselemente analog zu den Ausführungsformen von 1 oder 2 sehr aufwändig wäre.
Ebenfalls analog zu dem Ausführungsbeispiel von 1 sind auch Verbindungspunkte 341, 342 und 343 zu (in 3 nicht dargestellten) Lagerungselementen wie z. B. Bipods, über welche die Anordnung 300 an eine (in 3a–b ebenfalls nicht dargestellte) Tragstruktur des optischen Systems angekoppelt ist, um einerseits ebenfalls 120° zueinander in Umfangsrichtung versetzt, und andererseits auch um jeweils 60° zu den jeweils entlang des Umfangs benachbarten Fügestellen 331, 332, 333 in Umfangsrichtung versetzt, so dass im Ergebnis ein unter den gegebenen Bedingungen maximaler Abstand zwischen jeder Fügestelle 331, 332, 333 und dem jeweils nächstliegenden Verbindungspunkt 341–343 bzw. Lagerungselement realisiert wird.
Wie in 4 angedeutet können im Stützelement 420 bzw. Ring auch Schlitze 461, ... zur Erzielung einer Entkopplung vorgesehen sein, um beispielsweise einer im Betrieb unter EUV-Bedingungen möglichen unterschiedlichen Erwärmung von Spiegel einerseits und Stützelement bzw. Ring andererseits Rechnung zu tragen. Insbesondere können drei Schlitze 461–463 (mit lediglich beispielhaften Abmessungen von 20–40 mm Länge) tangential angeordnet bzw. ausgerichtet werden, in welchem Falle deren Verhalten ähnlich dem dreier Bipods ist und eine hinreichende kinematische Steifheit in der Spiegelebene bereitgestellt werden kann.
Für zwei konkrete Ausführungsbeispiele einer optischen Anordnung zeigt Tabelle 1 charakteristische Werte für zwei unterschiedliche Spiegelabmessungen (Beispiel Nr. 1: maximale Spiegeldicke bzw. Spiegelhöhe t = 17.5 mm; Beispiel Nr. 2: maximale Spiegeldicke bzw. Spiegelhöhe t = 25 mm), wobei die Abmessungen des das Stützelement 320 bildenden Ringes mit einer Ringbreite (d. h.
Differenz zwischen Außen- und Innendurchmesser) a = 30 mm und einer Ringhöhe von h = 60 mm ebenso wie das Material (Quarzglas, SiO₂) übereinstimmend gewählt wurden.
Wie aus Tabelle 1 ersichtlich werden sowohl für Beispiel Nr. 1 also auch für Beispiel Nr. 2 Werte für die erste Eigenfrequenz (für das System aus Spiegel, Stützelement bzw. Ring sowie einem beispielhaft zugrundegelegten Bipod-Satz) nahe bei 400 Hz sowie Massewerte (für die Anordnung aus Spiegel und Stützelement bzw. Ring) deutlich unterhalb von 10 kg erzielt, wobei zudem für das Beispiel Nr. 2 die gravitationsbedingte Deformation Werte unterhalb von 500 nm aufweist. Ebenfalls in Tabelle 1 angegeben sind einige der bei Entwicklung der erhaltenen Deformation in Zernike-Polgnome resultierenden Zernike-Koeffizienten sowohl für radiale als auch für tangentiale Momente, wobei durchweg wie angestrebt Werte unterhalb von weniger als 0.5 nm erzielt werden und wobei der Spiegel gemäß Beispiel 2 mit der größeren Dicke kaum noch Deformationen aufweist. Die parasitären Momente entstammen ebenfalls einem beispielhaft zugrundegelegten Bipod-Satz mit den üblichen Montage- und Fertigungstoleranzen.
5 zeigt in schematischer Darstellung eine für den Betrieb im EUV ausgelegte lithographische Projektionsbelichtungsanlage, in welcher die vorliegende Erfindung realisiert werden kann.
Die Projektionsbelichtungsanlage gemäß 5 weist eine Beleuchtungseinrichtung 6 und ein Projektionsobjektiv 31 auf. Die Beleuchtungseinrichtung 6 umfasst in Lichtausbreitungsrichtung des von einer Lichtquelle 2 ausgesandten Beleuchtungslichtes 3 einen Kollektor 26, einen Spektralfilter 27, einen Feldfacettenspiegel 28 und einen Pupillenfacettenspiegel 29, von welchem das Licht auf ein in einer Objektebene 5 angeordnetes Objektfeld 4 trifft. Das vom Objektfeld 4 ausgehende Licht tritt in das Projektionsobjektiv 31 mit einer Eintrittspupille 30 ein. Das Projektionsobjektiv 31 weist eine Zwischenbildebene 17, eine erste Pupillenebene 16 sowie eine weitere Pupillenebene mit einer darin angeordneten Blende 20 auf.
Das Projektionsobjektiv 31 umfasst insgesamt sechs Spiegel M1–M6, wobei mit M5 der zum Wafer bzw. zur Bildebene 9 am nächsten (im Ausführungsbeispiel in einem Abstand d_w ≈ 30 mm) angeordnete Spiegel bezeichnet ist, welcher ein Durchtrittsloch 19 aufweist. Mit M6 ist der bezogen auf den optischen Strahlengang letzte Spiegel bezeichnet, welcher ein Durchtrittsloch 18 aufweist. Ein von dem in der Objektebene angeordneten Objektfeld 4 bzw. Retikel ausgehendes Strahlenbündel gelangt nach Reflexion an den Spiegeln M1–M6 zur Erzeugung eines Bildes der abzubildenden Struktur des Retikels auf einen in der Bildebene 9 angeordneten Wafer.
Der bezogen auf den optischen Strahlengang letzte Spiegel M6 (mit dem relativ größten Radius) kann erfindungsgemäß beispielsweise analog zu der Ausführungsform von 1 oder 2 ausgestaltet sein. Der zum Wafer bzw. zur Bildebene 9 am nächsten liegende Spiegel M5 kann erfindungsgemäß (in Hinblick auf den geringen in dieser Position zur Verfügung stehenden Bauraum) analog zu der Ausführungsform von 3 oder 4 ausgestaltet sein.
Wenn die Erfindung auch anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben wurde, erschließen sich für den Fachmann zahlreiche Variationen und alternative Ausführungsformen, z. B. durch Kombination und/oder Austausch von Merkmalen einzelner Ausführungsformen. Dementsprechend versteht es sich für den Fachmann, dass derartige Variationen und alternative Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung mit umfasst sind, und die Reichweite der Erfindung nur im Sinne der beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalente beschränkt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2005/054953 A2 [0009]
US 2009/0122428 A1 [0010]

Claims

Optische Anordnung in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, mit • wenigstens einem optischen Element (110, 210); und • einem Stützelement (120, 220) für das optische Element (110, 210); • wobei das optische Element (110, 210) und das Stützelement (120, 220) miteinander über wenigstens drei Entkopplungselemente (131, 132, 133; 231, 232, 233) verbunden sind; und • wobei diese Entkopplungselemente (131, 132, 133; 231, 232, 233) mit dem optischen Element (110, 210) monolithisch ausgebildet sind.
Optische Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Entkopplungselemente (131, 132, 133; 231, 232, 233) mit dem Stützelement (120, 220) monolithisch ausgebildet sind.
Optische Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (120, 220) mit einer Tragstruktur der Projektionsbelichtungsanlage über Lagerungselemente verbunden ist, wobei die Lagerungselemente gegenüber den Entkopplungselementen (131–133; 231–233) in einer Umfangsrichtung versetzt angeordnet sind.
Optische Anordnung einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, mit • einer Tragstruktur; • wenigstens einem optischen Element (310, 410); und • einem Stützelement (320, 420), welches an das optische Element (310, 410) an wenigstens drei Fügestellen (331, 332, 333) angefügt ist; • wobei das Stützelement (320, 420) mit der Tragstruktur über Lagerungselemente verbunden ist; und • wobei die Lagerungselemente gegenüber den Fügestellen (331, 332, 333) in einer Umfangsrichtung versetzt angeordnet sind.
Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entkopplungselemente (131–133; 231–233) bzw. die Fügestellen (331, 332, 333) jeweils in einem in Umfangsrichtung im Wesentlichen konstanten Abstand voneinander angeordnet sind.
Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerungselemente relativ zu den Entkopplungselementen (131–133; 231–233) bzw. den Fügestellen (331, 332, 333) jeweils in einem in Umfangsrichtung im Wesentlichen konstanten Abstand voneinander angeordnet sind.
Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entkopplungselemente (131–133; 231–233) bzw. die Fügestellen (331, 332, 333) zueinander in einer Umfangsrichtung jeweils um einen Winkel von 120° ± 30°, insbesondere 120° ± 20°, weiter insbesondere 120° ± 10°, versetzt sind.
Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerungselemente gegenüber den Entkopplungselementen (131–133; 231–233) bzw. gegenüber den Fügestellen (331, 332, 333) in einer Umfangsrichtung jeweils um einen Winkel von 60° ± 20°, insbesondere 60° ± 10°, weiter insbesondere 60° ± 3°, versetzt sind.
Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (120, 220, 320, 420) mit dem optischen Element (110, 210, 310, 410) über genau drei Entkopplungselemente bzw. Fügestellen (331, 332, 333) verbunden ist.
Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerungselemente so ausgestaltet sind, dass sie eine statisch bestimmte Lagerung des optischen Elementes (110, 210, 310, 410) ergeben.
Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (310, 410) und das Stützelement (320, 420) aus Materialien mit voneinander verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten hergestellt sind.
Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass optisches Element (110, 210, 310, 410) und Stützelement (120, 220, 320, 420) aus demselben Material hergestellt sind.
Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass optisches Element (110, 210, 310, 410) und Stützelement (120, 220, 320, 420) aus einem Material mit einem Wärmeausdehnungskoeffizient kleiner als 0.5 ppm/K, insbesondere Quarzglas (SiO₂), ULE^®, Zerodur^® oder Clearceram^®, hergestellt sind.
Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (110, 210, 310, 410) ein Spiegel ist.
Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (420) und/oder das optische Element (110) wenigstens einen Schlitz (461, 161) aufweist, welcher eine zumindest teilweise Entkopplung in einer radialen Richtung bewirkt.
Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (120, 320, 420) auf einer Außenseite des optischen Elementes (110, 310, 410) angeordnet ist.
Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (220) auf der einer optisch wirksamen Fläche abgewandten Seite des optischen Elementes (210) angeordnet ist.
Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (110, 210, 310, 410) ein Verhältnis von maximalem Durchmesser zu maximaler Dicke von wenigstens 10, insbesondere wenigstens 15, weiter insbesondere wenigstens 20, aufweist.
Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (110, 310) ein zentrales Loch (150, 250, 350) aufweist.
Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (110, 210) einen verstärkten Randabschnitt (115, 215) zur Aussteifung des optischen Elementes (110, 210) aufweist.
Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage für die EUV-Lithographie, mit einer Beleuchtungseinrichtung (6) und einem Projektionsobjektiv (31), wobei Beleuchtungseinrichtung und/oder Projektionsobjektiv eine optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweisen.
Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (110, 210, 310) ein im optischen Strahlengang letzter Spiegel (M6) des Projektionsobjektivs (31) ist.
Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (110, 210, 310) ein im geringsten Abstand zur Bildebene (9) des Projektionsobjektivs (31) angeordneter Spiegel (M5) ist.
Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Projektionsobjektiv eine numerische Apertur von wenigstens 0.3, insbesondere wenigstens 0.4, insbesondere wenigstens 0.45, weiter insbesondere wenigstens 0.5, aufweist.
Optische Anordnung in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, mit • einer Tragstruktur; • wenigstens einem optischen Element (110, 210, 310, 410), welches ein Verhältnis von maximalem Durchmesser zu maximaler Dicke von wenigstens 10 aufweist; und • einem Stützelement (120, 220, 320, 420) für dieses optische Element (110, 210, 310, 410); • wobei das Stützelement (120, 220, 320, 420) mit der Tragstruktur über Lagerungselemente verbunden ist; und • wobei eine Eigenfrequenz des Systems aus optischem Element (110, 210, 310, 410), Stützelement (120, 220, 320, 420) und Lagerungselementen wenigstens 250 Hz beträgt.
Optische Anordnung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (110, 210, 310, 410) ein Verhältnis von maximalem Durchmesser zu maximaler Dicke von wenigstens 5, insbesondere wenigstens 10, weiter insbesondere wenigstens 15, insbesondere wenigstens 20, aufweist.
Optische Anordnung nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass die mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage für eine Arbeitswellenlänge von weniger als 15 nm ausgelegt ist.