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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Halterung eines optischen Elementes, insbesondere in einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage.
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Stand der Technik
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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.
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In einer fur 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.
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Zur variablen Positionierung bei der Montage bzw. Justierung optischer Elemente wie z. B. von Spiegeln oder Linsen in einer Projektionsbelichtungsanlage ist es beispielsweise bekannt, Baugruppen zu verwenden, bei denen das optische Element über jeweils in einer Zweipunkt-Auflage gelagerte kugelkalottenformige Bauteile gehalten wird, wobei insbesondere drei solcher Baugruppen in azimutaler Richtung um 120° versetzt an dem optischen Element angebracht sein können. Zur variablen Positionierung konnen hierbei Distanzstücke verwendet werden, die zur Positionsmanipulation des optischen Elementes gezielt gegen kleinere oder größere Distanzstücke derart ausgetauscht werden, dass sich eine jeweils gewünschte Verkippung und/oder laterale Verkippung des optischen Elementes einstellt. Die Baugruppen können mit weiteren mechanischen Entkopplungselementen z. B. zur thermischen Entkopplung versehenen sein.
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Hierbei tritt in der Praxis beispielsweise in einer Beleuchtungseinrichtung das Problem auf, dass das gesamte das optische Element aufweisende optische Modul für jede Positionsmanipulation vorübergehend demontiert werden muss, um jeweils den entsprechenden Satz von Distanzstücken auszuwechseln. Dies hat zum einen mögliche Reproduktionsfehler hinsichtlich der Einbauposition zur Folge und ist zum anderen im Hinblick auf die jeweils vorübergehend zu lösenden mechanischen Anschlusselemente wie Schläuche etc. aufwendig.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung zur Halterung eines optischen Elementes, insbesondere in einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage, bereitzustellen, welche mit geringerem Aufwand eine zuverlässige und reproduzierbare Positionsmanipulation des optischen Elementes relativ zu einer Tragstruktur ermöglicht.
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Bei einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Halterung eines optischen Elementes, insbesondere in einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage, ist das optische Element an einer Tragstruktur über drei Baugruppen gelagert ist, wobei jede dieser Baugruppen aufweist:
- – ein Paar von Fassungselementen, von denen ein erstes Fassungselement an dem optischen Element und ein zweites Fassungselement an der Tragstruktur angeordnet ist;
- – ein Paar von kugelkalottenformigen Bauelementen, wobei jedes dieser kugelkalottenförmigen Bauelemente in einem der Fassungselemente lösbar fixierbar gelagert ist; und
- – wenigstens ein Verstellelement, welches eine Variation der Relativposition der kugelkalottenförmigen Bauelemente ermöglicht.
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Von der Formulierung, wonach das erste Fassungselement an dem optischen Element und das zweite Fassungselement an der Tragstruktur angeordnet sind, sollen auch solche Ausgestaltungen als umfasst gelten, bei denen das jeweilige Fassungselement integraler Bestandteil des optischen Elementes bzw. der Tragstruktur ist. Die Erfindung ist jedoch hierauf nicht beschränkt, so dass das jeweilige Fassungselement auch als Anbauelement, welches an dem optischen Element bzw. an der Tragstruktur festlegbar ist. realisiert sein kann. Des Weiteren können (in für sich bekannter Weise) Maßnahmen zur insbesondere thermischen Entkopplung vorgesehen sein, und zwar in dem jeweiligen Fassungselement selbst oder durch Anbringung zusätzlicher mechanischer Entkopplungselemente.
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Der Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, durch Kombination einer (vorzugsweise Zweipunkt-)Lagerung von kugelkalottenförmigen Bauelementen in Fassungselementen mit wenigstens einem Verstellelement eine Positionsmanipulation des optischen Elementes relativ zur Tragstruktur zu ermoglichen, ohne dass hierzu – wie etwa beim eingangs beschriebenen, herkömmlichen Ansatz unter Verwendung unterschiedlicher Distanzstucke- ein Ausbau der Anordnung oder ein Austausch von Komponenten der Anordnung erforderlich ist.
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Dabei hat zunächst die Beibehaltung des Prinzips der Zweipunktlagerung kugelkalottenförmiger Bauelemente in Fassungselementen den Vorteil einer weitgehend optimalen Reproduzierbarkeit bei der Positionierung des optischen Elementes, wobei dieser Effekt erfindungsgemaß mit der Realisierung einer Bewegungsmöglichkeit, durch Verkippung und/oder laterale Verschiebung, kombiniert wird.
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Erfindungsgemaß kann insbesondere bei einer In-Situ-Messung in einem das optische Element aufweisenden optischen System je nach Wunsch eine Kippung und/oder laterale Verschiebung eines optischen Elementes wie z. B. eines Spiegels ohne Austausch von Komponenten ermöglicht werden.
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Bei dem mittels der erfindungsgemäßen Anordnung zu haltenden optischen Element kann es sich beispielsweise um einen Spiegel in einer Beleuchtungseinrichtung oder einem Projektionsobjektiv einer (insbesondere für EUV ausgelegten) mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage handeln, oder auch um ein beliebiges anderes optisches Element, z. B. refraktive optische Elemente wie Linsen oder Prismen. Des Weiteren kann es sich auch z. B. um eine matrixformige Spiegel- oder Linsenanordnung handeln, beispielsweise einen Pupillen- oder Feldfacettenspiegel, wie er etwa in der Beleuchtungseinrichtung einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage eingesetzt wird und bei dem auf einer Grundplatte eine Vielzahl von Spiegelelementen gehalten sind.
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Gemäß einer Ausführungsform weist die jeweilige Baugruppe drei Verstellelemente auf, was zum einen im Hinblick auf die Lastverteilung und zum anderen auch, wie im Weiteren noch näher erläutert, zur Realisierung einer (ggf. alternativ oder zusätzlich zu einer Verkippung) beabsichtigten lateralen Verstellung des optischen Elementes vorteilhaft ist.
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Gemäß einer Ausführungsform Anordnung ist das wenigstens eine Verstellelement eine Verstellspindel. Diese Verstellspindel kann insbesondere über wenigstens ein Federelement spielfrei gelagert sein.
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Gemäß weiteren Ausführungsformen weist das wenigstens eine Verstellelement ein Heizelement, ein pneumatisches Verstellelement, ein Piezoverstellelement, eine Doppelkeilanordnung oder eine exzentrische Kurvenscheibenanordnung auf.
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Gemäß einer Ausführungsform erfolgt die losbare Fixierung der kugelkalottenförmigen Bauelemente in dem jeweiligen Fassungselement jeweils über eine Klemmschraube mit Führungsspiel erfolgt.
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Die Erfindung betrifft ferner ein optisches System, insbesondere Beleuchtungseinrichtung oder Projektionsobjektiv, einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, wobei das optische System eine erfindungsgemäße Anordnung aufweist.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erlautert.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Es zeigen:
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1–4 Prinzipskizzen zur Erläuterung einer Ausfuhrungsform der Erfindung;
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5–6 schematische Darstellungen zur Erläuterung weiterer möglicher Ausführungsformen der Erfindung; und
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7 eine schematische Darstellung einer für EUV ausgelegten Beleuchtungseinrichtung einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage zur Erläuterung eines Anwendungsbeispiels der Erfindung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Im Weiteren wird das eine Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Prinzipskizzen von 1 bis 4 erläutert.
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Wie am besten aus der schematischen Ansicht von 3 ersichtlich, dienen in einer Anordnung zur Halterung eines optischen Elementes 100 wie z. B. eines Spiegels in einer Ausführungsform der Erfindung drei Baugruppen 110, welche (ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt ware) identisch aufgebaut und in Umfangsrichtung um 120° zueinander versetzt angeordnet sein können. Ein möglicher Aufbau dieser Baugruppen 110 wird im Weiteren unter Bezugnahme auf 1 und 2 näher beschrieben.
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Gemaß 1 umfasst jede der Baugruppen 110 jeweils ein Paar von Fassungselementen 101, 102, welche auf ihren einander zugewandten Seiten jeweils mit einer (im Wesentlichen V-prismenförmigen) Aufnahmefläche 101a bzw. 102a versehen sind, in denen jeweils kugelkalottenförmige Bauelemente 111, 112 über eine Zweipunktauflage gelagert sind. Die kugelkalottenformigen Bauelemente 111, 112 sind aus einem Material von geeigneter Harte und Abriebfestigkeit, beispielsweise Wolframcarbid (= WC), hergestellt.
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Die mechanische Kopplung dieser kugelkalottenformigen Bauelemente 111, 112 miteinander erfolgt im Ausführungsbeispiels über drei Verstellspindeln 121, 122, 123, welche sich jeweils zwischen den einander zugewandten Planflächen der kugelkalottenförmigen Bauelemente 111, 112 erstrecken und ihrerseits, wie aus der schematischen Draufsicht von 2 erkennbar, in Umfangsrichtung um 120° relativ zueinander versetzt und an den kugelkalottenförmigen Bauelementen 111, 112 fixiert sind. Jeder dieser Verstellspindeln 121, 122, 123 ist wiederum in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein Paar von Blattfedern 131a–b, 132a–b bzw. 133a–b zugeordnet, mittels derer das Gewinde der Verstellspindeln 121, 122, 123 spielfrei gehalten wird. Anstelle der Blattfedern 131a–b, 132a–b bzw. 133a–b können auch beliebige andere geeignete Federelemente, z. B. ein Federbalg oder eine Druckfeder, verwendet werden.
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Die in 1 eingezeichneten und mit F1 bzw. F2 bezeichneten Pfeile symbolisieren Klemmkräfte, welche zwischen dem ersten kugelkalottenförmigen Bauelement 111 und dem optischen Element einerseits und dem zweiten kugelkalottenförmigen Bauelement 112 und der Tragstruktur bzw. dem Rahmen andererseits im montierten Zustand der Baugruppe 110 ausgeubt werden, um ein Loslösen bzw. „Abheben” des (z. B. infolge seiner Eigengewichtskraft aufliegenden) optischen Elementes von der Tragstruktur zu verhindern. Eine bevorzugte Realisierung dieser Klemmkrafte wird im Weiteren unter Bezugnahme auf 4 erläutert.
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Gemäß 4 befindet sich am jeweiligen Fassungselement 101 bzw. 102 eine zylindrische Bohrung 140, durch welche eine Klemmschraube 150 eingeführt und in das (in 4 nicht dargestellte) kugelkalottenförmige Bauelement 111 bzw. 112 eingeschraubt ist. Um hierbei noch einen Verstellweg für die beabsichtigte Positionsmanipulation des optischen Elementes zu realisieren, wird die zylindrische Bohrung 140 so dimensioniert, dass die zur Klemmung benötigte Klemmschraube 150 ausreichend Spiel hat, um die betreffende Verstellung zu ermöglichen. Hierbei können lediglich beispielhaft die Klemmschraube 150 einen Schaftdurchmesser von 4.2 mm und die zylindrische Bohrung 140 einen Durchmesser von 5.0 mm aufweisen, in welchem Falle sich zu gegenüberliegenden Seiten der Klemmschraube 150 infolge des Übermaßes der zylindrischen Bohrung 140 ein „Führungsspiel” von 0.4 mm ergibt, innerhalb dessen etwa bei Mikrolithographieanwendungen im Hinblick auf die dort typischerweise geringen Verstellwege noch eine ausreichende Positionsveranderung erfolgen kann.
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Um mit der vorstehend beschriebenen Klemmung einhergehende, unerwunschte Querkontraktionskrafte zu vermeiden, werden vorzugsweise wie ebenfalls aus 4 ersichtlich die jeweiligen Kontaktflächen im entsprechenden Bereich des Fassungselementes 101 sowie der anliegende Klemm- bzw. Unterlegscheibe 160 sphärisch ausgestaltet.
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Die Klemmung erfolgt für das Fassungselement 102 und das zugeordnete kugelkalottenförmige Bauelement 112 in analoger Weise an der Tragstruktur bzw. dem Rahmen.
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Mit der vorstehend beschriebenen Anordnung kann nun wie im Weiteren erläutert eine Kippung und/oder laterale Verschiebung des an dem ersten Fassungselement 101 angebrachten optischen Element relativ zur an dem zweiten Fassungselement 102 angebrachten Tragstruktur realisiert werden, indem nämlich in jeder der Baugruppen 110 ein geeigneter Kippwinkel zwischen den kugelkalottenförmigen Bauelementen 111, 112 eingestellt wird.
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Wie ohne Weiteres aus 1 und 2 ersichtlich führt eine Verstellung der Verstellspindeln 121, 122, 123 dazu, dass sich die kugelkalottenförmigen Bauelemente 111, 112 relativ zueinander bewegen. Diese Relativbewegung kann nun je nach Betätigung der Verstellspindeln 121, 122, 123 entweder eine Verstellung des Abstandes der kugelkalottenförmigen Bauelemente 111, 112 (also im in 1 eingezeichneten Koordinatensystem in z-Richtung) unter Beibehaltung der Parallelitat der planen Oberflächen der kugelkalottenformigen Bauelemente 111, 112, oder auch eine relative Verkippung der kugelkalottenformigen Bauelemente 111, 112 (unter Neigung deren planer Oberflächen relativ zueinander) umfassen.
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Hierbei werden für eine Positionsmanipulation des optischen Elementes relativ zur Tragstruktur die kugelkalottenförmigen Bauelemente 111, 112 sämtlicher drei Baugruppen 110 in Abstimmung zueinander durch Abstandsvariation und/oder Verkippung verstellt, um insgesamt eine erwünschte Verkippung und/oder laterale Verschiebung des optischen Elementes 100 zu ermoglichen, wobei diese Abstandsvariation und/oder Verkippung der jeweiligen kugelkalottenförmigen Bauelemente 111, 112 beispielsweise automatisiert unter Verwendung geeigneter Stellelemente erfolgen kann.
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Zur Realisierung einer Verkippung und/oder lateralen Verschiebung werden zunächst die Klemmschrauben 150 aus 4 fur sämtliche drei in 3 angedeuteten Baugruppen 110 bzw. für sämtliche drei Lagerstellen des optischen Elementes 100 gelöst. Daraufhin werden die Verstellspindeln 121, 122, 123 in gezielter geeigneter Weise verstellt, was dazu führt, dass das kugelkalottenförmige Bauelement 111 unter Entlanggleiten im Bereich der V-prismenförmigen Auflageflache 101a des Fassungselementes 101 gegenüber dem kugelkalottenförmigen Bauelement 111 verdreht wird, so dass die einander zugewandten planen Flächen der kugelkalottenformigen Bauelemente 111 relativ zueinander verkippt werden. Hierbei werden nicht nur die Verstellspindeln 121, 122, 123 einer einzigen Baugruppe 110 verstellt, sondern die Verstellspindeln 121, 122, 123 der verbleibenden beiden Baugruppen 110 werden entsprechend mit verstellt, um insgesamt eine Verschiebung des optischen Elementes 100 zu ermöglichen. Diese simultane Verstellung erfolgt in solcher Weise, dass die jeweiligen Fassungselemente 111 nach der Verstellung weiterhin auf dem jeweils zugeordneten kugelkalottenförmigen Bauelement 111 aufliegen, jedoch relativ zur Ausgangsposition in lateraler Richtung verschoben und/oder verkippt sind.
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Im Ergebnis kann so eine variable Positionierung des jeweils gehaltenen optischen Elementes ohne Austausch von Elementen der Halterungsanordnung erfolgen.
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Es ist insbesondere auch möglich, die kugelkalottenformigen Bauelemente 111, 112 und damit die daran anliegenden Fassungselemente 102, 102 im Abstand zueinander (in z-Richtung im in 1 eingezeichneten Koordinatensystem) zu verstellen, wobei die einander zugewandten planen Flächen der kugelkalottenförmigen Bauelemente 111, 112 parallel zueinander bleiben. In diesem Falle kann für die in 3 gezeigte Anordnung ebenfalls eine Verkippung, jedoch ohne signifikante laterale Verschiebung des optischen Elementes 100 relativ zur Tragstruktur erzielt werden.
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Wenngleich in den vorstehend beschriebenen Ausfuhrungsformen jeder Baugruppe 110 aus kugelkalottenförmigen Bauelementen 111, 112 jeweils drei Verstellelemente (z. B. Verstellspindeln 121, 122, 123) zugeordnet sind, ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt. So kann in weiteren Ausführungsform auch lediglich ein (insbesondere bezogen auf die jeweilige Baugruppe zentral bzw. mittig ausgeführtes) Verstellelement vorgesehen sein, mittels dessen in dem anhand von 3 beschriebenen Gesamtaufbau ebenfalls eine Verkippung des optischen Elements 100 realisiert werden kann.
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Wenngleich im vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel jeweils Verstellspindeln 121, 122, 123 zur gezielten Verkippung der kugelkalottenformigen Bauelemente 111, 112 in jeder der Baugruppen 110 eingesetzt werden, ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt. Im weiteren Ausfuhrungsformen konnen anstelle von Verstellspindeln z. B. auch Heizelemente verwendet werden, welche aufgrund ihrer thermischen Expansion bzw. Kontraktion die kugelkalottenformigen Bauelemente 111, 112 relativ zueinander bewegen, wobei wiederum drei solcher Heizelemente in analoger Weise wie anhand von 2 beschrieben angeordnet sein können. In weiteren Ausführungsformen können in analoger Anordnung auch pneumatische Stellelemente oder Piezoverstellelemente (bei denen uber das Anlegen einer elektrischen Spannung eine Ausdehnung der Piezoverstellelemente erfolgt) eingesetzt werden.
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5 zeigt lediglich schematisch zur Erläuterung einer weiteren möglichen Ausfuhrungsform eine Anordnung 170 aus relativ zueinander verschiebbaren Keilelementen 171, 172, wobei eine relative Verschiebung entlang der x-Achse zu einer Veränderung der Höhe der Anordnung (in z-Richtung im eingezeichneten Koordinatensystem) und damit zu einer Abstandsvariation der sich an die Keilelemente 171, 172 mechanisch gekoppelten kugelkalottenformigen Bauelemente 111, 112 führt.
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6 zeigt ebenfalls lediglich schematisch zur Erläuterung einer weiteren möglichen Ausführungsform eine Anordnung 180 aus relativ zueinander verdrehbaren exzentrischen Kurvenscheiben 181, 182, bei denen eine Drehung um die z-Achse im eingezeichneten Koordinatensystem ebenfalls zu einer Veränderung der Hohe der Anordnung und damit zu einer Abstandsvariation der an die Kurvenscheiben 181, 182 mechanisch gekoppelten kugelkalottenförmigen Bauelemente 111, 112 führt.
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7 zeigt in schematischer Darstellung als Anwendungsbeispiel eine Beleuchtungseinrichtung einer fur EUV ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage, in welcher die vorliegende Erfindung realisiert werden kann.
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Die Beleuchtungseinrichtung 200 umfasst in Lichtausbreitungsrichtung nach einer schematisch als Plasmaquelle angedeuteten EUV-Strahlungsquelle 201 einen Kollektor 202, welcher z. B. als Ellipsoidspiegel ausgelegt sein kann und das Licht der EUV-Strahlungsquelle 201 auf einen in einer Zwischenfokusebene befindlichen Zwischenfokus 203 lenkt. Von dort gelangt das Beleuchtungslicht auf ein lichtparzellierendes Element in Form eines Feldfacettenspiegels 205, welcher eine Vielzahl von Einzelspiegeln (deren Anzahl typischerweise mehrere hundert betragen kann) aufweist. In Lichtausbreitungsrichtung nach dem Feldfacettenspiegel 205 folgt ein Pupillenfacettenspiegel 206, welcher ebenfalls eine Vielzahl von Einzelspiegeln 207 aufweist und von dem aus das Beleuchtungslicht auf ein in der Objektebene OP eines nachfolgenden (in 7 nicht dargestellten) Projektionsobjektivs angeordnetes Retikel 208 trifft. Sowohl die Halterung des Feldfacettenspiegels 205 als auch die Halterung des Pupillenfacettenspiegels 206 kann beispielsweise in der erfindungsgemäßen Weise erfolgen.
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In weiteren Anwendungsbeispielen kann die erfindungsgemäße Halterung auch auf die Halterung von (Abbildungs-)Spiegeln im Projektionsobjektiv der EUV-Projektionsbelichtungsanlage angewendet werden.
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Des Weiteren ist die Erfindung selbstverständlich nicht auf eine Anwendung in EUV-Projektionsbelichtungsanlagen beschränkt, sondern auch z. B. in Verbindung mit DUV-Systemen etwa mit Arbeitswellenlängen von ca. 157 nm, ca. 193 nm oder darüber einsetzbar. Dabei kann es sich bei dem jeweiligen zu halternden optischen Element anstelle eines Spiegels auch um Linsen oder beliebige andere optische Elemente wie z. B. Prismen handeln. Des Weiteren kann es sich analog zu dem vorstehend beschriebenen Feldfacettenspiegel 205 oder Pupillenfacettenspiegel 206 bei dem optischen Element um eine matrixformige Linsen- oder Spiegelanordnung handeln, in welcher auf einer Grundplatte eine Vielzahl von Spiegelelementen gehalten sind, wobei eine Verstellung dadurch erfolgt, dass etwa für eine globale Verkippung die Grundplatte um eine vorgegebene Achse (z. B. x-Achse) rotiert wird.
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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 Ausfuhrungsformen. Dementsprechend versteht es sich fur den Fachmann, dass derartige Variationen und alternative Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung mit umfasst sind, und die Reichweite der Erfindung nur im Sinne der beigefugten Patentansprüche und deren Äquivalente beschränkt ist.
