DE102011004299A1 - Arrangement for supporting mirror in extreme UV projection exposure system for use during manufacture of micro-structured component for e.g. LCD, has damping element attenuating pin arranged between actuator and mirror in lateral direction - Google Patents
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Abstract
Description
HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Halterung eines optischen Elementes, insbesondere in einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage.The invention relates to an arrangement for mounting an optical element, in particular in an EUV projection exposure apparatus.
Stand der TechnikState of the art
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.Microlithography is used to fabricate microstructured devices such as integrated circuits or LCDs. The microlithography process is carried out in a so-called projection exposure apparatus which has an illumination device and a projection objective. In this case, the image of a mask (= reticle) illuminated by the illumination device is projected onto a substrate (eg a silicon wafer) coated with a photosensitive layer (photoresist) and arranged in the image plane of the projection objective to project the mask structure onto the mask transfer photosensitive coating of the substrate.
In einer für EUV (d. h. für elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge unterhalb von 15 nm) ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage werden mangels Vorhandenseins lichtdurchlässiger Materialien Spiegel als optische Komponenten für den Abbildungsprozess verwendet. Diese Spiegel können z. B. auf einem Trägerrahmen befestigt und wenigstens teilweise manipulierbar ausgestaltet sein, um eine Bewegung des jeweiligen Spiegels in sechs Freiheitsgraden (d. h. hinsichtlich Verschiebungen in den drei Raumrichtungen x, y und z sowie hinsichtlich Rotationen Rx, Ry und Rz um die entsprechenden Achsen) zu ermöglichen. Hierdurch können etwa im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage auftretende Änderungen der optischen Eigenschaften z. B. infolge von thermischen Einflüssen kompensiert werden.In a projection exposure apparatus designed for EUV (ie for electromagnetic radiation with a wavelength below 15 nm), mirrors are used as optical components for the imaging process due to the lack of light-transmissive materials. These mirrors can z. B. mounted on a support frame and at least partially manipulated to be a movement of the respective mirror in six degrees of freedom (ie, with respect to shifts in the three spatial directions x, y and z and rotations R x , R y and R z about the corresponding axes ). As a result, occurring during operation of the projection exposure system changes in the optical properties z. B. be compensated as a result of thermal influences.
Aus
Aus
Zur Übertragung der Antriebskraft eines Aktors auf ein optisches Element werden insbesondere stabförmige Bauteile bzw. Pins verwendet, was beispielsweise in einer bekannten Hexapod-Anordnung (siehe
Zwischen der Basisplatte
Insbesondere kann ein stabförmiges Bauteil bzw. Pin, beispielsweise in der Anordnung aus
Bei geeigneter Auslegung des Pins
Hierbei kann jedoch im Betrieb das weitere Problem auftreten, dass unerwünschte Querresonanzen, wie sie in
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halterung zur Halterung eines optischen Elementes, insbesondere in einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage, bereitzustellen, welche eine stabile bzw. von Störeinflüssen möglichst freie Regelung der Positionierung des optischen Elementes ermöglicht.It is an object of the present invention to provide a holder for holding an optical element, in particular in an EUV projection exposure apparatus, which enables stable or, as far as possible, interference-free regulation of the positioning of the optical element.
Eine erfindungsgemäße Anordnung zur Halterung eines optischen Elementes, insbesondere in einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage, weist auf:
- – wenigstens einen Aktor, welcher eine steuerbare Kraft auf das optische Element ausübt;
- – wobei zwischen dem Aktor und dem optischen Element eine mechanische Kopplung in Form eines Pins in solcher Weise ausgebildet ist, dass bezogen auf die Antriebsachse des Aktors das Verhältnis der Steifigkeit dieser mechanischen Kopplung in axialer Richtung zur Steifigkeit in lateraler Richtung wenigstens 100 beträgt; und
- – wenigstens ein Dämpfungselement, welches eine Dämpfung einer Eigenschwingungsform des Pins in lateraler Richtung bewirkt.
- - At least one actuator which exerts a controllable force on the optical element;
- - wherein between the actuator and the optical element, a mechanical coupling in the form of a pin is formed in such a way that based on the drive axis of the actuator, the ratio of the stiffness of this mechanical coupling in the axial direction to the rigidity in the lateral direction is at least 100; and
- - At least one damping element, which causes a damping of a natural mode of the pin in the lateral direction.
Unter „Steifigkeit in lateraler Richtung” ist das Verhältnis von Querkraft zu Querauslenkung am Ort des Aktors zu verstehen, wobei die „Querkraft” die Kraftkomponente senkrecht zur Antriebsachse des Pins bezeichnet."Stiffness in the lateral direction" is to be understood as the ratio of lateral force to transverse deflection at the location of the actuator, the "lateral force" being the force component perpendicular to the drive axis of the pin.
Die Erfindung geht dabei von der Anbindung eines optischen Elementes an einen Aktor über einen Pin aus, welcher eine hohe Steifigkeit nur in axialer Richtung zur Übertragung einer Kraft bzw. Bewegung entlang der Antriebsrichtung eines Aktors aufweist, wohingegen in allen anderen Richtungen nur eine geringe Steifigkeit (d. h. eine Entkopplung) vorliegt.The invention is based on the connection of an optical element to an actuator via a pin, which has a high rigidity only in the axial direction for transmitting a force or movement along the drive direction of an actuator, whereas in all other directions only a low rigidity ( ie a decoupling) is present.
Der Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, hinsichtlich der eingangs beschriebenen, unerwünschten Querresonanzen zwar weiterhin – relativ zum axialen Schwingungsverhalten – vergleichsweise niedrige Eigenfrequenzen für das laterale Schwingungsverhalten zuzulassen, jedoch im Wege einer Dämpfung zu verhindern, dass die mit der Querresonanz einhergehende Resonanzüberhöhung in der Übertragungsfunktion zum Ausdruck kommt. Mit anderen Worten treten zwar im Betrieb der erfindungsgemäßen Anordnung weiterhin die – an sich unerwünschten – niedrigen Eigenfrequenzen in lateraler Richtung auf, wobei jedoch infolge der Dämpfung für diese Querresonanzen keine Amplitudenüberhöhung mehr erfolgt.The invention is based in particular on the concept of permitting relatively low natural frequencies for the lateral oscillation behavior relative to the axial oscillation behavior with respect to the unwanted transverse resonances described above, but by way of attenuation preventing the resonant peak in the transfer function associated with the transverse resonance is expressed. In other words, while in the operation of the inventive arrangement continue to occur - in itself undesirable - low natural frequencies in a lateral direction, but due to the attenuation for these transverse resonances no amplitude increase occurs more.
Dabei wird die erfindungsgemäße Dämpfung so realisiert, dass die mittels des Aktors zu realisierende Bewegung des optischen Elementes (z. B. das Verstellen bzw. Verfahren eines Spiegels) nicht behindert wird. Des Weiteren wird die erfindungsgemäße Dämpfung vorzugsweise so realisiert, dass zwar die vorstehenden beschriebenen Querresonanzen gedämpft werden, nicht jedoch die erwünschte, eingangs beschriebene Axialresonanz. Erfindungsgemäß soll also das axiale Eigenschwingungsverhalten beibehalten werden. Dem liegt die Überlegung zugrunde, dass die durch die Axialresonanz erzielte, ebenfalls eingangs beschriebene erwünschte Wirkung des Pins als Tiefpassfilter bzw. Schwingungsisolator umso effektiver ist, je weniger das axiale Schwingungsverhalten des betreffenden Pins gedämpft wird, wohingegen diese Filterwirkung mit stärkerer axialer Dämpfung umso schlechter wird.In this case, the attenuation according to the invention is realized in such a way that the movement of the optical element (eg the adjustment or method of a mirror) to be realized by means of the actuator is not hindered. Furthermore, the attenuation according to the invention is preferably realized in such a way that, although the above-described transverse resonances are attenuated, the desired axial resonance, which is described in the introduction, is not attenuated. According to the invention, therefore, the axial natural vibration behavior should be maintained. This is based on the consideration that the achieved by the axial resonance, also described above desired effect of the pin as a low-pass filter or vibration isolator is the more effective, the less the axial vibration behavior of the relevant pins is attenuated, whereas this filtering effect with stronger axial damping is the worse ,
Gemäß einer Ausführungsform besitzt das Dämpfungselement ein Lehrsches Dämpfungsmaß, welches wenigstens 1% der kritischen Dämpfung (d. h. der Dämpfung bei aperiodischem Grenzfall, siehe Formel (2) unten) für diese Quer-Eigenschwingungsform beträgt.According to one embodiment, the damping element has a Lehrsches damping measure, which is at least 1% of the critical damping (that is, the damping in aperiodischem limiting case, see formula (2) below) for this transverse Eigenschwingungsform.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Dämpfungselement aus einem Material hergestellt, das der Gruppe angehört, welche Kautschuke, z. B. Fluorkautschuke (FKM), fluorierte Elastomere oder Perfluorkautschuke (FFKM) enthält.According to one embodiment, the damping element is made of a material belonging to the group consisting of rubbers, e.g. As fluororubbers (FKM), fluorinated elastomers or perfluororubbers (FFKM) contains.
Die vorstehenden Materialien sind beispielsweise zum Einsatz in der vorliegend insbesondere avisierten Anwendung der Mikrolithographie geeignet. In weiteren Ausführungsformen können auch andere dämpfende Kautschukmaterialien (in anderen Anwendungen u. U. beispielsweise auch fluorierter Silikonkautschuk oder Tetrafluorethylen/Propylen-Kautschuk (FEPM)) zur Anwendung kommen. The above materials are suitable, for example, for use in the application of microlithography, which is particularly envisaged in the present case. Other embodiments may also use other rubber damping materials (in other applications, for example, fluorinated silicone rubber or tetrafluoroethylene / propylene rubber (FEPM), for example).
Gemäß einer Ausführungsform ist das Dämpfungselement derart angeordnet, dass es eine Eigenschwingungsform des Pins in axialer Richtung zumindest weitgehend ungedämpft lässt. Vorzugsweise beträgt hierbei das Lehrsche Dämpfungsmaß in axialer Richtung nicht mehr als 1%.According to one embodiment, the damping element is arranged such that it leaves a natural vibration shape of the pin in the axial direction at least largely unattenuated. In this case, the Lehr's damping dimension in the axial direction is preferably not more than 1%.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Dämpfungselement an einer Außenfläche des Pins angeordnet, wobei es vorzugsweise den Pin manschetten- oder ringförmig umgibt.According to one embodiment, the damping element is arranged on an outer surface of the pin, wherein it preferably surrounds the pin cuff or ring.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Dämpfungselement zwischen der Außenfläche des Pins und einem weiteren Bauteil, insbesondere einer den Pin umgebenden Hülse, angeordnet.According to one embodiment, the damping element is arranged between the outer surface of the pin and a further component, in particular a sleeve surrounding the pin.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Dämpfungselement in Form einer Membran ausgebildet.According to one embodiment, the damping element is designed in the form of a membrane.
Gemäß einer Ausführungsform weist der Pin wenigstens zwei Kreuzgelenke auf.According to one embodiment, the pin has at least two universal joints.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Dämpfungselement in einem Abstand zu einem dieser Kreuzgelenke angeordnet, welcher weniger als 5%, insbesondere weniger als 1% der Gesamtlänge des Pins beträgt.According to one embodiment, the damping element is arranged at a distance to one of these universal joints, which is less than 5%, in particular less than 1% of the total length of the pin.
Des Weiteren ist vorzugsweise das Dämpfungselement so angeordnet, dass der Beitrag des Dämpfungselementes zur Drehsteifigkeit nicht mehr als 50%, weiter insbesondere nicht mehr als 30%, weiter insbesondere nicht mehr als 10% der Drehsteifigkeit der Kreuzgelenkes im Pin beträgt.Furthermore, preferably, the damping element is arranged so that the contribution of the damping element to the torsional stiffness is not more than 50%, more preferably not more than 30%, more particularly not more than 10% of the rotational stiffness of the universal joint in the pin.
Gemäß einer Ausfuhrungsform weist wenigstens eines der Kreuzgelenke eine Aussparung auf, in welcher das Dämpfungselement angeordnet ist. Diese Aussparung kann insbesondere eine sich durch das Kreuzgelenk hindurch erstreckende Durchbohrung sein.According to one embodiment, at least one of the universal joints has a recess in which the damping element is arranged. This recess may in particular be a through bore extending through the universal joint.
Die Erfindung betrifft ferner eine EUV-Projektionsbelichtungsanlage mit einer erfindungsgemäßen Anordnung.The invention further relates to an EUV projection exposure apparatus with an arrangement according to the invention.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.Further embodiments of the invention are described in the description and the dependent claims.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to embodiments shown in the accompanying drawings.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Es zeigen:Show it:
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS
In
Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung wird dabei die Antriebsrichtung eines Aktors jeweils als z-Richtung definiert, wohingegen die x-y-Ebene senkrecht zu dieser Antriebsrichtung verläuft. Somit ist jedem Aktor jeweils ein eigenes, in
Der Pin
Durch den mit den Kreuzgelenken
Im Allgemeinen ist die Eigenfrequenz f mit der Steifigkeit k (in Einheiten von N/m) über die Beziehung verknüpft, wobei m die über den Pin, der in erster Näherung als Feder bezeichnet werden kann, angekoppelte Masse bezeichnet. Bei ublichen Aktormassen von etwa (0.1–1) kg und üblichen Steifigkeiten (Elastizitätsmodulen) des Pins (Federkonstante k) kann die Eigenfrequenz etwa 1.200 Hz in z-Richtung betragen. In diesem Falle werden Anregungen, deren Frequenz 1.200 Hz überschreitet, in Abhängigkeit vom Quadrat des Kehrwertes der Anregungsfrequenz abgeschwächt (Tiefpass 2. Ordnung) in den Spiegel
Um nun das eingangs beschriebene, mit unerwünschten Querresonanzen im Betrieb einhergehende Problem zu lösen bzw. zu verhindern, dass die mit derartigen Querresonanzen verbundene Resonanzüberhöhung in der Übertragungsfunktion zum Ausdruck kommt, weist die erfindungsgemäße Anordnung gemäß
Das Dämpfungselement
Was die Dämpfungseigenschaften betrifft, so besitzt das Dämpfungselement in die Richtung der Querresonanzen vorzugsweise einen Dämpfungsgrad D, welches wenigstens 1% der kritischen Dämpfung beträgt. Der Dämpfungsgrad kann auch deutlich höher liegen. Unter dem Dämpfungsgrad D wird hierbei das sogenannte Lehrsche Dämpfungsmaß verstanden, welches für einen gedämpften harmonische Schwinger mit einem Freiheitsgrad definiert ist als wobei d die Dämpfungskonstante, k die Federsteifigkeit und m die Masse bezeichnen.As for the damping characteristics, the damping element preferably has a degree of damping D in the direction of the transverse resonances which is at least 1% of the critical damping. The degree of damping can also be significantly higher. The degree of attenuation D is understood to mean the so-called Lehr's attenuation measure, which is defined for a damped harmonic oscillator with one degree of freedom where d denotes the damping constant, k the spring stiffness and m the mass.
Die kritische Dämpfung entspricht derjenigen Dämpfung, bei welcher der Oszillator im sogenannten aperiodischen Grenzfall nicht periodisch schwingt, sondern in minimaler Zeit zur Ruhelage zurückkehrt.The critical damping corresponds to that damping at which the oscillator does not oscillate periodically in the so-called aperiodic limit case, but returns to the rest position in a minimal amount of time.
Des Weiteren kann für das Material des Dämpfungselementes der Parameter „tan δ” definiert werden, welcher dem Verhältnis zwischen Steifigkeit und Dämpfung entspricht und als Verhältnis zwischen Realteil und Imaginärteil des komplexen Schubmoduls G = G1 + i·G2 definiert ist, d. h. tan δ = G1/G2. Bevorzugte Werte für tan δ sind wenigstens 0.4, vorzugsweise wenigstens 0.5, und weiter vorzugsweise wenigstens 0.6.Furthermore, for the material of the damping element, the parameter "tan δ" can be defined, which corresponds to the ratio between stiffness and damping and is defined as the ratio between the real part and the imaginary part of the complex shear modulus G = G 1 + i · G 2 , ie tan δ = G 1 / G 2 . Preferred values for tan δ are at least 0.4, preferably at least 0.5, and more preferably at least 0.6.
Geeignete Materialien, aus denen das Dämpfungselement
Das Dämpfungselement
Gemäß
Durch die in
Vorzugsweise ist die Membran so ausgelegt, dass die Membransteifigkeit in axialer Richtung weniger als 20% der Aktorsteifigkeit beträgt. Des Weiteren ist das Dämpfungselement vorzugsweise so angeordnet, dass der Beitrag des Dämpfungselementes zur Drehsteifigkeit nicht mehr als 50%, weiter insbesondere nicht mehr als 30%, weiter insbesondere nicht mehr als 10% der Drehsteifigkeit des Kreuzgelenkes im Pin beträgt.Preferably, the membrane is designed so that the membrane stiffness in the axial direction is less than 20% of the actuator stiffness. Furthermore, the damping element is preferably arranged so that the contribution of the damping element to the torsional rigidity is not more than 50%, more particularly not more than 30%, more particularly not more than 10% of the rotational rigidity of the universal joint in the pin.
In
Die Beziehung (3) stellt hierbei eine gute Näherung für den Fall dar, dass der Wert der Steifigkeit kg der Membran gegen Querbewegungen deutlich kleiner ist als der Wert der Steifigkeit k des Pins gegen Querbewegungen.The relationship (3) represents a good approximation for the case in which the value of the stiffness k g of the membrane against transverse movements is significantly smaller than the value of the stiffness k of the pin against transverse movements.
Wie aus
Diese Anordnung der das Dämpfungselement
Im Weiteren wird unter Bezugnahme auf
Die Anordnung gemäß
Gemäß
Im Ergebnis wird somit auch in der Anordnung von
Im Weiteren wird unter Bezugnahme auf
Die Anordnung gemäß
Im Ergebnis wird somit auch in der Anordnung von
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.While the invention has been described with reference to specific embodiments, numerous variations and alternative embodiments will become apparent to those skilled in the art. B. by combination and / or exchange of features of individual embodiments. Accordingly, it will be understood by those skilled in the art that such variations and alternative embodiments are intended to be embraced by the present invention, and the scope of the invention is limited only in terms of the appended claims and their equivalents.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Effective date: 20131112 |