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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine optische Baugruppe für eine mikrolithographische EUV-Projektionsbelichtungsanlage mit wenigstens einer Spiegeleinheit, welche eine Spiegelfläche umfasst.
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Außerdem betrifft die Erfindung ein optisches System mit wenigsten einer optischen Baugruppe mit einer Spiegeleinheit, welche eine Spiegelfläche umfasst.
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2. Beschreibung des Standes der Technik
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Mittels mikrolithographischer Projektionsbelichtungsanlagen werden Strukturen, die auf einer Maske angeordnet sind, auf eine lichtempfindliche Schicht wie beispielsweise einen Photolack oder dergleichen übertragen, die sich auf einem Wafer oder einem anderen Substrat befindet. Hierzu umfasst die Projektionsbelichtungsanlage eine Beleuchtungseinrichtung mit einer Lichtquelle und einem Beleuchtungssystem, welches von der Lichtquelle erzeugtes Projektionslicht aufbereitet und auf die Maske richtet. Die von der Beleuchtungseinrichtung beleuchtete Maske wird durch ein Projektionsobjektiv auf die lichtempfindliche Schicht abgebildet.
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Je kürzer die Wellenlänge des Projektionslichtes ist, desto kleinere Strukturen lassen sich mit Hilfe der Projektionsbelichtungsanlage auf der lichtempfindlichen Schicht definieren. Aus diesem Grund wird heutzutage vermehrt Projektionslicht im extremen ultravioletten Spektralbereich, also so genannte EUV-Strahlung, verwendet, dessen mittlere Wellenlänge bei 13,5 nm liegt. Derartige Projektionsbelichtungsanlagen werden daher häufig kurz als EUV-Projektionsbelichtungsanlagen bezeichnet. Solche EUV-Projektionsbelichtungsanlagen werden auf Grund der hohen Absorption von EUV-Strahlung durch Gase im Vakuum und teilweise im Hochvakuum betrieben, wobei Arbeitstemperaturen zwischen 20°C und 30°C vorliegen.
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Da es keine optischen Materialien gibt, die für derart kurze Wellenlängen ein ausreichend hohes Transmissionsvermögen haben, umfassen die Beleuchtungseinrichtung und das Projektionsobjektiv einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage Spiegeleinheiten, die jeweils eine Spiegelfläche aufweisen. Eine derartige Spiegeleinheit kann durch einen Spiegel selbst gebildet sein, kann jedoch auch ein oder mehrere weitere Bauelemente zu dessen Befestigung umfassen, wie beispielsweise einen Tragrahmen für den Spiegel. Nachfolgend wird der Einfachheit halber nur von Spiegeln gesprochen.
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Mittels der in der Beleuchtungseinrichtung der EUV-Projektionsbelichtungsanlage angeordneten Spiegel wird das Projektionslicht auf die Maske gelenkt und diese ausgeleuchtet. Mit Hilfe der Spiegel des zugehörigen Projektionsobjektivs wird entsprechend die ausgeleuchtete Maske auf die lichtempfindliche Schicht abgebildet.
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Um dies jeweils mit der erforderlichen Genauigkeit zu bewirken, müssen die Spiegel in allen sechs Freiheitsgraden präzise zueinander ausgerichtet sein. Hierzu kann die Position und Ausrichtung der Spiegel beispielsweise mittels Aktuatoren eingestellt werden.
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Das Projektionsobjektiv ist in der Regel für einen Scanbetrieb ausgelegt, bei dem die Maske und der Wafer in an und für sich bekannter Art und Weise mit durch den Abbildungsmaßstab des Projektionsobjektivs vorgegebenen Geschwindigkeiten gegenläufig bewegt werden.
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Durch die Bewegung dieser Komponenten und durch die hierfür vorhandenen Antriebe kommt es zu Vibrationen, die im Gesamtsystem weitergeleitet werden und dabei auch die Spiegel beeinflussen. Dabei werden Kräfte, Momente und Schwingungen auf die Spiegel übertragen, wodurch die Ausrichtung der einzelnen Spiegel zueinander über die Scandauer schwanken und das Belichtungsergebnis insgesamt schlechter ausfallen kann, als es ohne solche äußere Einflüsse wäre. Gegebenenfalls kann es auch erforderlich werden, die einzelnen optischen Elemente neu zueinander auszurichten.
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Aus der
WO 2006/084657 A1 ist es im Zusammenhang mit einer photolithographischen Linsenbefestigung bekannt, die Amplitude von Schwingungen, zu denen zwei relativ zueinander bewegliche und miteinander verbundene Bauteile einer Linsenhalterung im Betrieb angeregt werden, durch eine Dämpfung zu verringern, so dass der störende Einfluss solcher Schwingungen auf die Lage der Linse abgemildert wird. Als Dämpfungsmittel wird dort vorgeschlagen, zwischen den beteiligten Bauteilen ein flüssiges Dämpfungsmedium vorzusehen. Dieses Medium kann wahlweise ein hohe oder eine geringe Viskosität haben.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die in der
WO 2006/084657 A1 beschrieben Maßnahmen können nur unter Normalatmosphäre greifen. Wie eingangs angesprochen, müssen EUV-Projektionsbelichtungsanlagen jedoch im Vakuum betrieben werden. Die Lehre der
WO 2006/084657 A1 kann folglich in EUV-Projektionsbelichtungsanlagen nicht ohne weiteres umgesetzt werden.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine optische Baugruppe für eine EUV-Projektionsbelichtungsanlage und ein optisches System der eingangs genannten Art zu schaffen, welche den obigen Gedanken Rechnung tragen.
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Diese Aufgabe wird bei einer optischen Baugruppe für eine EUV-Projektionsbelichtungsanlage der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass
eine Lagereinrichtung vorhanden ist, die ein im Vakuum flüssiges Medium umfasst, in welches die Spiegeleinheit bereichsweise eintaucht und welches die Spiegeleinheit unter Betriebsbedingungen schwimmend lagert.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass Kräfte, Momente und Schwingungen, die im Betrieb der EUV-Projektionsbelichtungsanlage auf die Spiegeleinheit wirken, auch im Vakuum wirkungsvoll gedämpft werden können, wenn die Spiegeleinheit in einem Medium schwimmend gelagert ist, das im Vakuum flüssig ist.
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Spiegel, die in EUV-Projektionsbelichtungsanlagen verwendet werden, haben für die EUV-Strahlung nur ein verhältnismäßig geringes Reflexionsvermögen von meist nicht mehr als 70%. Dieses vergleichsweise geringe Reflexionsvermögen der Spiegel führt zu thermischen Problemen, da der nicht reflektierte Teil der EUV-Strahlung absorbiert wird und zu einer Temperaturerhöhung der Spiegel führt. Diese Wärme muss weitgehend über die Spiegel und damit verbundene Kühleinrichtungen abgeführt werden, da die Spiegel im Vakuum verwendet werden.
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Wenn die Spiegeleinheit schwimmend in einem flüssigen Medium gelagert wird, kann dieses Medium wirkungsvoll das Abführen von Wärme von der Spiegeleinheit unterstützen.
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Die gewünschte dämpfende Wirkung des flüssigen Mediums wird in vorteilhaft starkem Maße erreicht, wenn das Medium im Vakuum viskos ist.
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Es ist günstig, wenn das Medium ein Flüssigmetall oder eine flüssige Metalllegierung ist.
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Vorteilhaft können als Medium Quecksilber oder Galinstan® verwendet werden. Galinstan® ist eine Legierung aus Gallium, Indium und Zinn. Vorzugsweise wird Galinstan® dabei mit einer Zusammensetzung in Gewichtsprozent von 68–69 Ga, 21–22% In und 9,5–10,5 Zn verwendet, die eine Schmelzpunkt von –19,5°C hat.
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In konstruktiver Hinsicht ist es von Vorteil, wenn die Lagereinrichtung wenigstens eine Kammer umfasst, welche mit dem Medium gefüllt und durch ein Kammergehäuse begrenzt ist. So ist eine sichere Handhabung des Mediums gewährleistet.
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Um eine zusätzliche Dämpfung von Kräften, Momenten und Schwingungen auf die Spiegeleinheit zu erreichen, ist es günstig, wenn das Kammergehäuse schalldämmend und/oder schwingungsdämpfend ausgebildet ist.
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Wie eingangs angesprochen wurde, wird EUV-Strahlung durch Gase stark absorbiert. Um zu verhindern, dass die Atmosphäre, welche die Spiegeleinheit umgibt, von Medium kontaminiert wird, ist es vorteilhaft, wenn Dichtmittel vorgesehen sind, welche die Kammer derart abdichten, dass ein Austreten des Mediums in flüssigem und/oder gasförmigem Zustand weitgehend verhindert ist.
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Im Hinblick auf das optisches System der eingangs genannten Art wird die oben genannte Aufgabe dadurch gelöst, dass die optische Baugruppe eine optische Baugruppe mit einigen oder allen der oben erläuterten Merkmale ist.
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Die Vorteile hierzu entsprechen den oben zu der optischen Baugruppe angegebenen Vorteilen.
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Eine besonders effektive Anwendung wird erreicht, wenn das optische System eine Belichtungseinrichtung oder ein Projektionsobjektiv einer mikrolithographischen EUV-Projektionsbelichtungsanlage ist.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht einer schematischen mikrolithographischen EUV-Projektionsbelichtungsanlage mit einer Beleuchtungseinrichtung und einem Projektionsobjektiv;
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2 bis 6 jeweils ein Ausführungsbeispiel einer optischen Baugruppe mit einem Spiegel und einer Lagereinrichtung, die den Spiegel schwimmend lagert.
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BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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In 1 ist schematisch eine mikrolithographische EUV-Projektionsbelichtungsanlage 10 gezeigt, welche eine Beleuchtungseinrichtung 12 und ein Projektionsobjektiv 14 umfasst, die jeweils ein optisches System bilden.
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Mit dem Projektionsobjektiv 14 werden reflektierende Strukturen 16, die auf einer Maske 18 angeordnet sind, auf eine lichtempfindliche Schicht 20 übertragen. Die lichtempfindliche Schicht 20 ist meist ein Photolack und befindet sich auf einem Wafer 22 oder einem anderen Substrat.
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Zur Übertragung der reflektierenden Strukturen 16 der Maske 18 auf die lichtempfindliche Schicht 20 wird die Maske 18 mittels der Beleuchtungseinrichtung 12 mit EUV-Strahlung 24 beleuchtet. Die Beleuchtungseinrichtung 12 erzeugt EUV-Strahlung, welche beim vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Mittenwellenlänge von 13,5 nm und eine spektrale Halbwertsbreite von etwa 1% hat, so dass der größte Teil der die Beleuchtungseinrichtung 12 verlassenden EUV-Strahlung 24 Wellenlängen zwischen 13,36 nm und 13,64 nm hat.
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Die Beleuchtungseinrichtung 12 leuchtet auf der Unterseite der Maske 18 ein stationäres Feld 26 aus, welche beim vorliegenden Ausführungsbeispiel einem Ringsegment entspricht. Das Projektionsobjektiv 14 erzeugt auf dem Wafer 22 ein verkleinertes Bild 28 der Strukturen 16, die auf der Maske 18 im Feld 26 ausgeleuchtet werden.
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Das Projektionsobjektiv 14 ist, wie eingangs angesprochen, für einen Scanbetrieb ausgelegt, bei dem die Maske 18 und der Wafer 22 in an und für sich bekannter Art und Weise mit durch den Abbildungsmaßstab des Projektionsobjektivs 14 vorgegebenen Geschwindigkeiten gegenläufig bewegt werden. Dies ist in den 1 und 2 durch die Pfeile P1 und P2 angedeutet.
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Das Projektionsobjektiv 14 umfasst ein Gehäuse 30, in dem mehrere reflektive optische Baugruppen angeordnet sind, mittels welchen das stationäre Feld 26 von der Maske 18 auf den Wafer 22 übertragen wird und von denen in 2 als erstes Ausführungsbeispiel eine optische Baugruppe 32 gezeigt ist.
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Wie dort zu sehen ist, umfasst die optische Baugruppe 32 als Spiegeleinheit einen Spiegel 34 mit einer Spiegelfläche 36, an welcher die von der Maske 18 kommende EHV-Strahlung 24 reflektiert wird. Bei einer Abwandlung kann der Spiegel 34 ergänzend von einer Halterung, beispielsweise einem Lagerring, getragen sein; in diesem Fall bilden der Spiegel 34 und eine solche Halterung eine Spiegeleinheit.
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Der Spiegel 34 ist mit einer ihm zugeordneten Justageeinrichtung 38 verbunden, die durch zwei stark schematisch dargestellte Aktuatoren 40 und 42 angedeutet und am Gehäuse 30 des Projektionsobjektivs 14 befestigt ist. Die Justageeinrichtung 38 dient dazu, den Spiegel 34 derart im Raum auszurichten, dass das Bild 28 mit der erforderlichen Genauigkeit auf den Wafer 22 abgebildet wird. Die Funktionsweise der Justageeinrichtung 38 ist hier nicht weiter relevant, weshalb diese nur gestrichelt gezeigt ist und auf eine weitere Erläuterung hierzu verzichtet wird.
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Der Spiegel 34 taucht auf der von der Spiegelfläche 36 abliegenden Seite 44 mit einem Tauchbereich 46 in ein Medium 48 ein, das sich in einer Kammer 50 einer Lagereinrichtung 52 befindet. Die Kammer 50 ist von einem Kammergehäuse 54 begrenzt und über einen Durchgang 56 im Kammergehäuse 54 von außen zugänglich. Der Tauchbereich 46 des Spiegels 34 erstreckt sich durch diesen Durchgang 56 hindurch in die Kammer 50 hinein.
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Zwischen dem Durchgang 56 im Kammergehäuse 54 und dem Spiegel 34 verbleibt ein schmaler Spalt 58, der durch Dichtmittel 60 gegen ein Austreten von Medium in flüssigem und/oder gasförmigem Zustand, beispielsweise durch Abdunsten, weitgehend abgedichtet ist. Die Dichtmittel 60 sind nur in 2 gezeigt und dort beispielhaft nach Art einer Lamellendichtung angedeutet.
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Das Kammergehäuse
54 ist schalldämmend und/oder schwingungsdämpfend ausgebildet. Zur Schalldämmung kann das Kammergehäuse
54 beispielsweise ganz oder teilweise mit einer Verkleidung aus porösen Keramiken versehen sein. Solche schalldämmenden porösen Keramiken sind z. B. aus der
US 7 208 108 bekannt.
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Das Medium 48 ist bei den Betriebbedingungen der Projektionsbelichtungsanlage 10 und damit im Vakuum flüssig. In der Praxis haben sich als hierfür geeignetes Medium 48 Quecksilber oder auch eine Legierung aus Gallium, Indium und Zinn erwiesen, die unter dem Namen GalinstanTM mit beispielsweise einer Zusammensetzung in Gewichtsprozent von 68–69% Ga, 21–22% In und 9,5–10,5 Zn und einem Schmelzpunkt von –19,5°C erhältlich ist.
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Das Medium 48 kann außerdem im Vakuum viskos sein.
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Beim Scanbetrieb der EUV-Projektionsbelichtungsanlage 10 kommt es durch die Bewegung der Maske 18 und des Wafers 22 sowie durch die hierzu vorhandenen und nicht eigens dargestellten Antriebe zu Vibrationen, wodurch der Spiegel 34 Kräften und Momenten ausgesetzt ist und gegebenenfalls zu Schwingungen angeregt wird.
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Auf die oben beschriebene Weise ist der Spiegel 34 durch das Medium 48 schwimmend gelagert. Hierdurch können Kräfte, Momente und Schwingungen, die beim Scanbetrieb der EUV-Projektionsbelichtungsanlage 10 auf den Spiegel 34 übertragen werden, abgedämpft werden, so dass die Kräfte, Momente und Schwingungen keine so großen Bewegungen des Spiegels 34 bewirken, wie ohne diese schwimmende Lagerung.
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Das Medium 48 stabilisiert somit den Spiegel 34 in seiner Lage im Raum und entkoppelt diesen von äußeren Kräften, Momenten oder Schwingungen, die auf Grund der beim Scanbetrieb der EUV-Projektionsbelichtungsanlage 10 bewegten Komponenten oder hiezu vorhandenen Antrieben erzeugt werden.
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Darüber hinaus werden die Aktuatoren 40 und 42 der Justageeinrichtung 38 durch die schwimmende Lagerung des Spiegels 34 entlastet; es wirken nun kleinere Gewichtskräfte auf die Aktuatoren 40, 42 als ohne die schwimmende Lagerung. Hierdurch können die Aktuatoren 40, 42 mit größerer Genauigkeit betrieben werden. Gegebenenfalls können Aktuatoren verwendet, die auf Grund der geringeren Belastungen weniger hohen Anforderungen genügen müssen und daher preiswerter hergestellt werden können.
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Wie eingangs angesprochen erwärmen sich die Spiegel 34 im Betrieb der EUV-Projektionsbelichtungsanlage 10. Neben der Dämpfung von äußeren Kräften, Momenten und Schwingungen hilft das Medium 48 dabei, die Wärme von dem Spiegel 34 abzuführen. Die Wärme wird dabei von dem Spiegel 34 zu dem Kammergehäuse 54 geleitet; dieses kann dann beispielsweise mit einem Kühlsystem verbunden sein, welches die Wärme weiter von dem Kammergehäuse 54 abführt.
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In 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der optischen Baugruppe 32 gezeigt, bei welchem bereits oben erläuterte Komponenten dieselben Bezugszeichen tragen.
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Dort sind auf der von der Spiegelfläche 36 abliegenden Seite 44 in den Tauchbereich 46 mehrere Vertiefungen 62 eingearbeitet, wodurch die Kontaktfläche zwischen dem Spiegel 34 und dem Medium 48 nochmals erhöht und der Wärmeübergang vom Spiegel 34 auf das Medium 48 nochmals verbessert ist.
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Hierbei sei betont, dass auch bei einer wärmebedingten Änderung der Dichte des Mediums 48, die mit einer Volumenvergrößerung einhergehen kann, keine Kraft auf den Spiegel 34 ausgeübt wird, durch welche dieser seine Lage ändern könnte, solange eine Pegeländerung des Mediums 48 in der Kammer 50 möglich ist.
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Bei den Ausführungsbeispielen nach den 2 und 3 weist die Spiegelfläche 36 des jeweiligen Spiegels 34 nach oben. In den 4 bis 6 sind nun Ausführungsbeispiele der optischen Baugruppe 32 gezeigt, bei denen die jeweilige Spiegelfläche 36 nach unten weist. Auch in den 4 bis 6 tragen bereits erläutete Komponenten wieder dieselben Bezugszeichen.
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Um auch dort eine schwimmende Lagerung in dem Medium 48 zu erreichen, umfasst der Spiegel 34 mehrere Tauchbeine 64, welche bei den vorliegenden Ausführungsbeispielen radial neben der Spiegelfläche 36 nach unten abragen und von denen im in den 4 bis 6 gezeigten Schnitt jeweils zwei Tauchbeine 64 zu erkennen sind.
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Die Lagereinrichtung 52 umfasst hier entsprechend der Anzahl der Tauchbeine 64 mehrere Kammern 50 mit einem jeweils zugehörigen Kammergehäuse 54, von denen in den 4 bis 6 jeweils zwei Kammern 50a, 50b und zwei Kammergehäuse 54a, 54b zu erkennen sind.
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Anstelle der Tauchbeine 64 kann der Spiegel 34 auch einen nach unten abragenden umlaufenden Tauchkragen umfassen. In diesem Fall ist die mit Medium 48 gefüllte Kammer 50 dann rinnenartig ausgebildet.
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Je geringer die mittlere Dichte des Spiegels 34 ist, desto geringer kann die Menge an Medium 48 sein, die für eine sichere schwimmende Lagerung des Spiegels 34 notwendig ist. Um die mittlere Dichte des Spiegels 34 zu verringern, können Hohlräume 66 im Spiegel 34 vorgesehen sein, die beim Ausführungsbeispiel nach 5 beispielhaft in den Tauchbeinen 64 vorhanden sind.
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Bei einer herkömmlichen Lagerung über beispielsweise eine an und für sich bekannte Dreipunktaufhängung – z. B. über drei Aktuatoren – muss ein Spiegel verhältnismäßig dick ausgebildet sein, um ein Durchbiegen auf Grund seines Eigengewichts zu verhindern. Gegenüber einer solchen bekannten Lagerung verteilt sich das Gewicht des Spiegels 34 bzw. die durch diesen ausgeübte Gewichtskraft bei einer schwimmenden Lagerung in dem Medium 48 jedoch auf eine größere Fläche. Daher kann der Spiegel 34 bei einer schwimmenden Lagerung dünner ausgebildet sein, als bei einer herkömmlichen mechanischen Lagerung. Dies ist in 6 durch eine Materialsenke 68 auf der von der Spiegelfläche 36 abliegenden Seite 44 veranschaulicht, in deren Bereich der Spiegel 34 dünner ausgebildet ist als in der Materialsenke 68 benachbarten Bereichen.
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Die oben beschriebenen optischen Baugruppen 32 können in derselben Weise wie oben zum Projektionsobjektiv 14 beschrieben in der Beleuchtungseinrichtung 12 der EUV-Projektionsbelichtungsanlage 10 verwendet werden.
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Bei den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen weist die jeweilige Spiegelfläche 36 beispielhaft. nach oben oder nach unten. Es versteht sich jedoch, dass die Spiegelfläche 36 bei einer entsprechenden Geometrie des Spiegels 34 beliebig im Raum orientiert sein kann, solange es keine Dreh- oder Kippmomente auf den Spiegel 34 gibt, die diesen bei der schwimmenden Lagerung verkippen lassen würden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2006/084657 A1 [0010, 0011, 0011]
- US 7208108 [0039]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Eric Ponslet verfassten Artikel ”Design of Vacuum Compatible Damped Metal Springs for Passive Vibration Isolation of the LIGO detectors”, LIGO-T960212-A-D, 1996 [0040]
