DE102011114254A1 - Measuring device and optical system with such - Google Patents

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Abstract

Eine Messvorrichtung zur Erfassung der Position und Ausrichtung von optischen Elementen insbesondere in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtunganlage umfasst eine erste Sensoreinrichtung (52), die einem ersten optischen Element (34) zugeordnet ist, und wenigstens eine zweite Sensoreinrichtung (54), die einem zweiten optischen Element (36) zugeordnet ist. Eine Tragstruktur (46) trägt die erste und die zweite Sensoreinrichtung (52, 54). Die Tragstruktur (46) weist wenigstens einen Hohlraum (56) auf, welcher mit einer Flüssigkeit (58) gefüllt ist. Es ist außerdem ein optisches System mit einem ersten optischen Element (34) und wenigstens einem zweiten optischen Element (36) angegeben, welches eine solche Messvorrichtung (44) umfasst.A measuring device for detecting the position and orientation of optical elements, in particular in a microlithographic projection exposure apparatus, comprises a first sensor device (52) which is assigned to a first optical element (34) and at least one second sensor device (54) which is a second optical element ( 36) is assigned. A support structure (46) supports the first and second sensor means (52, 54). The support structure (46) has at least one cavity (56) which is filled with a liquid (58). There is also provided an optical system comprising a first optical element (34) and at least one second optical element (36) comprising such a measuring device (44).

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

1. Gebiet der Erfindung1. Field of the invention

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zur Erfassung der Position und Ausrichtung von optischen Elementen insbesondere in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtunganlage mit

  • a) einer ersten Sensoreinrichtung, die einem ersten optischen Element zugeordnet ist, und wenigstens einer zweiten Sensoreinrichtung, die einem zweiten optischen Element zugeordnet ist;
  • b) einer Tragstruktur, welche die erste und die zweite Sensoreinrichtung trägt.
The invention relates to a measuring device for detecting the position and orientation of optical elements, in particular in a microlithographic projection exposure apparatus
  • a) a first sensor device associated with a first optical element and at least one second sensor device associated with a second optical element;
  • b) a support structure, which carries the first and the second sensor device.

Außerdem betrifft die Erfindung ein optisches System mit

  • a) einem ersten optischen Element und wenigstens einem zweiten optischen Element;
  • b) einer Messvorrichtung zur Erfassung der Position und Ausrichtung des ersten optischen Elements und des zweiten optischen Elements.
Moreover, the invention relates to an optical system with
  • a) a first optical element and at least a second optical element;
  • b) a measuring device for detecting the position and orientation of the first optical element and the second optical element.

2. Beschreibung des Standes der Technik2. Description of the Related Art

Mittels mikrolithographischer Projektionsbelichtungsanlagen werden Strukturen, die auf einer Maske angeordnet sind, auf eine lichtempfindliche Schicht wie beispielsweise einen Photolack oder dergleichen übertragen. 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.By means of microlithographic projection exposure apparatus, structures arranged on a mask are transferred to a photosensitive layer such as a photoresist or the like. For this purpose, the projection exposure apparatus comprises an illumination device with a light source and an illumination system, which processes the projection light generated by the light source and directs it to the mask. The illuminated by the illumination device mask is imaged by a projection lens on the photosensitive layer.

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.The shorter the wavelength of the projection light, the smaller structures can be defined on the photosensitive layer with the aid of the projection exposure apparatus. For this reason, projection light in the extreme ultraviolet spectral range, so-called EUV radiation, whose mean wavelength is 13.5 nm is increasingly used today. Such projection exposure systems are therefore often referred to briefly as EUV projection exposure systems.

Da es keine optischen Materialien gibt, die für derart kurze Wellenlängen ein ausreichend hohes Transmissionsvermögen haben, umfasst eine EUV-Projektionsbelichtungsanlage reflektierende optische Elemente in Form von Spiegeln. 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.Since there are no optical materials having sufficiently high transmittance for such short wavelengths, an EUV projection exposure apparatus comprises reflecting optical elements in the form of mirrors. By means of the mirror arranged in the illumination device of the EUV projection exposure apparatus, the projection light is directed onto the mask and these are illuminated. With the help of the mirror of the associated projection lens, the illuminated mask is correspondingly imaged onto the photosensitive layer.

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 mittels Aktuatoren oder manuell eingestellt werden. Üblicherweise ist bei einem Projektionsobjektiv einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage ein Spiegel stationär installiert. Relativ zu diesem stationären Spiegel werden die übrigen Spiegel dann ausgerichtet. Die jeweilige Ist-Position und Ist-Ausrichtung der Spiegel wird dabei mittels Sensoren erfasst und überwacht.To do this with the required accuracy, the mirrors must be precisely aligned with each other in all six degrees of freedom. For this purpose, the position and orientation of the mirror can be adjusted by means of actuators or manually. Usually, a mirror is installed stationary in a projection objective of an EUV projection exposure apparatus. Relative to this stationary mirror, the remaining mirrors are then aligned. The respective actual position and actual orientation of the mirror is detected and monitored by means of sensors.

Die Spiegel sind auf einer lastaufnehmenden Struktur befestigt, wogegen die Sensoren von einer davon weitgehend entkoppelten Tragstruktur getragen sind.The mirrors are mounted on a load-bearing structure, while the sensors are supported by a largely decoupled support structure.

Die Tragstruktur und die Position der Sensoren bezogen auf die lastaufnehmende Struktur geben absolute Referenzkoordinaten vor, auf welche die Position und Ausrichtung der Spiegel bezogen wird. Somit spielt die Stabilität der Position der Sensoren zueinander eine signifikante Rolle für die Genauigkeit der Bestimmung der Position und der Ausrichtung der Spiegel. Die Stabilität der Position der Sensoren zueinander wiederum hängt unter anderem stark von der Formbeständigkeit der Tragstruktur ab.The support structure and position of the sensors with respect to the load-bearing structure provide absolute reference coordinates to which the position and orientation of the mirrors are referred. Thus, the stability of the position of the sensors relative to one another plays a significant role in the accuracy of determining the position and orientation of the mirrors. The stability of the position of the sensors in turn depends inter alia strongly on the dimensional stability of the support structure.

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 Projektionsbelichtungsanlagen auf Grund der hohen Absorption von EUV-Strahlung durch Gase im Vakuum und teilweise im Hochvakuum betrieben werden.Mirrors used in EUV projection exposure equipment have only a relatively low reflectivity, usually not more than 70%, for the EUV radiation. This comparatively low reflectivity of the mirrors causes thermal problems since the unreflected part of the EUV radiation is absorbed and leads to an increase in the temperature of the mirrors. This heat must largely be dissipated via the mirrors and associated cooling devices, since the projection exposure systems are operated due to the high absorption of EUV radiation by gases in a vacuum and sometimes in a high vacuum.

Dennoch erwärmen sich auch stets die meist in dichter Nachbarschaft zu den Spiegeln angeordneten Sensoren und deren Tragstruktur. Dies wiederum führt zu einer thermischen Ausdehnung der Tragstruktur.Nevertheless, the sensors, which are usually arranged in close proximity to the mirrors, and their supporting structure also always warm up. This in turn leads to a thermal expansion of the support structure.

Hierbei verändert sich naturgemäß die Relativlage der Sensoren zueinander und gegenüber der lastaufnehmenden Struktur mit den Spiegeln, sodass die Ist-Lage der Sensoren nicht mehr mit ihrer Soll-Lage übereinstimmt, von der bei der Ermittlung der Position und der Ausrichtung der Spiegel ausgegangen wird.Naturally, the relative position of the sensors with respect to one another and with respect to the load-absorbing structure with the mirrors changes, so that the actual position of the sensors no longer coincides with their desired position, from the determination of the Position and orientation of the mirror is assumed.

Dies bedeutet jedoch, dass auch die Position und Ausrichtung der Spiegel fehlerbehaftet ist, was sich insgesamt auf das Belichtungsergebnis auswirkt. Je stärker die Materialausdehnung der Tragstruktur ist, desto größer ist auch der Fehler bei der Einstellung der Position und Ausrichtung der Spiegel.However, this means that the position and orientation of the mirrors is also subject to errors, which has an overall effect on the exposure result. The greater the material extent of the support structure, the greater the error in adjusting the position and orientation of the mirror.

Im Hinblick auf die Materialeigenschaften des oder der bei der Tragstruktur verwendeten Materialien sind insbesondere die auf die Masse bezogene spezifische Wärmekapazität c [Jg–1K–1], die auf das Volumen bezogene Wärmespeicherzahl s [Jcm–3K–1], die sich aus der spezifischen Wärmekapazität c und der Dichte ρ [gcm–3] des Materials zu s = c × ρ berechnet, sowie der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient α [10–6 K–1] bzw. der Volumenausdehnungskoeffizient γ [10–3 K–1] von Interesse.In particular, with respect to the material properties of the material (s) used in the support structure, the mass specific heat capacity c [Jg -1 K -1 ], the volume heat storage number s [Jcm -3 K -1 ], which is calculated from the specific heat capacity c and the density ρ [gcm -3 ] of the material to s = c × ρ, and the linear thermal expansion coefficient α [10 -6 K -1 ] or the volume expansion coefficient γ [10 -3 K -1 ] of interest.

Die Tragstruktur sollte nur eine geringe thermische Ausdehnung zeigen. Solche Materialien mit besonders kleinen thermischen Ausdehnungskoeffizienten sind bekannt, beispielsweise in Form von Glas- und Glaskeramikmaterialien wie Zerodur®. Es hat sich jedoch nicht immer als praktikabel erwiesen, derartige Materialien für die Tragstruktur zu verwenden.The support structure should show only a small thermal expansion. Such materials with particularly small thermal expansion coefficient are known, for example in the form of glass and glass ceramic materials such as Zerodur ®. However, it has not always proved practicable to use such materials for the support structure.

Um die Wärmeausdehnung der Tragstruktur möglichst gering zu halten, wird bei bekannten Lösungen als Material für die Tragstruktur der Sensoren insbesondere Aluminium verwendet, welches mit einer großen Materialstärke verbaut wird.In order to keep the thermal expansion of the support structure as low as possible, aluminum is used in known solutions as a material for the support structure of the sensors, which is installed with a large material thickness.

Aluminium hat eine verhältnismäßig hohe spezifische Wärmekapazität von cAl = 0,896 Jg–1K–1. Multipliziert mit der Dichte von Aluminium ρAl = 2,7 g·cm–3 ergibt sich für Aluminium die auf das Volumen bezogene Wärmespeicherzahl sAl = c × ρ = 2,43 Jcm–3K–1. Aluminium kann somit verhältnismäßig viel Wärmeenergie aufnehmen; seine Temperatur steigt also bei der Aufnahme einer bestimmten Wärmeenergie weniger an als die Temperatur eines Materials mit kleinerer spezifischer Wärmekapazität bei der Aufnahme der gleichen Wärmeenergie. Darüber hinaus hat Aluminium eine gute Wärmeleitfähigkeit, so dass Wärme gut über dessen Volumen und damit über die Tragstruktur verteilt wird.Aluminum has a relatively high specific heat capacity of c Al = 0.896 Jg -1 K -1 . Multiplied by the density of aluminum ρ Al = 2.7 g · cm -3 , the heat storage number s Al = c × ρ = 2.43 Jcm -3 K -1 is obtained for aluminum. Aluminum can thus absorb a relatively large amount of heat energy; its temperature therefore increases less when the absorption of a certain heat energy than the temperature of a material with a smaller specific heat capacity in the absorption of the same heat energy. In addition, aluminum has a good thermal conductivity, so that heat is well distributed over its volume and thus over the support structure.

Aluminium hat jedoch einen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten von αAl = 90 [10–6 K–1] bei 20°C. Obwohl Aluminium als Material für die Tragstruktur bereits viele wünschenswerte Eigenschaften in sich vereint, kann es bei bekannten Tragstrukturen für Sensoren in EUV-Projektionsbelichtungsanlagen zu einer nicht zu vernachlässigenden Wärmeausdehnung kommen, durch welche die Positionen der Sensoreinrichtungen verändert und die Messergebnisse aus den oben erläuterten Gründen verfälscht werden.However, aluminum has a linear thermal expansion coefficient of α Al = 90 [10 -6 K -1 ] at 20 ° C. Although aluminum already combines many desirable properties as a material for the support structure, in known support structures for sensors in EUV projection exposure systems, thermal expansion can be negligible, which alters the positions of the sensor devices and falsifies the measurement results for the reasons explained above become.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Messvorrichtung und ein optisches System der eingangs genannten Art anzugeben, bei denen temperaturabhängige Veränderungen der Tragstruktur für die Sensoren möglichst klein sind.It is an object of the invention to provide a measuring device and an optical system of the type mentioned, in which temperature-dependent changes in the support structure for the sensors are as small as possible.

Diese Aufgabe wird bei einer Messvorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass

  • c) die Tragstruktur wenigstens einen Hohlraum aufweist, welcher mit einer Flüssigkeit gefüllt ist.
This object is achieved in a measuring device of the type mentioned in that
  • c) the support structure has at least one cavity which is filled with a liquid.

Die Erfindung beruht einerseits auf der Erkenntnis, dass eine Flüssigkeit zwei der für eine Tragstruktur für Sensoren bedeutsamen Eigenschaften in sich vereinen kann. Zum einen gibt es Flüssigkeiten mit hoher spezifischer Wärmespeicherkapazität c bzw. hoher Wärmespeicherzahl s, welche bei der vorliegenden Anwendung der Flüssigkeit den aussagekräftigeren Materialparameter darstellt. Zum anderen können Flüssigkeiten Wärme gut über Konvektion über ihr Volumen verteilen.On the one hand, the invention is based on the recognition that a liquid can combine two of the properties that are important for a support structure for sensors. On the one hand, there are liquids with a high specific heat storage capacity c or a high heat storage number s, which represents the most meaningful material parameter in the present application of the liquid. On the other hand, liquids can distribute heat well via convection over their volume.

Die Erfindung beruht andererseits auf der Erkenntnis, dass diese positiven Eigenschaften von bestimmten Flüssigkeiten effektiv in eine Tragstruktur integriert werden können, wenn die Tragstruktur dieser Flüssigkeit einen Raum zur Verfügung stellt.On the other hand, the invention is based on the recognition that these positive properties of certain liquids can be effectively integrated into a support structure when the support structure of this fluid provides a space.

Dabei hat es sich insbesondere als günstig herausgestellt, wenn die Flüssigkeit bei 20°C eine höhere Wärmespeicherzahl s als ein den wenigstens einen Hohlraum begrenzendes Material der Tragstruktur hat.It has been found to be particularly favorable when the liquid at 20 ° C has a higher heat storage number s than a limiting the at least one cavity material of the support structure.

Es ist besonders von Vorteil, wenn die Flüssigkeit bei 20°C eine Wärmespeicherzahl s in einem Bereich von 1,0 Jcm–3K–1 bis 4,5 Jcm–3K–1 hat.It is particularly advantageous if the liquid at 20 ° C has a heat storage number s in a range of 1.0 Jcm -3 K -1 to 4.5 Jcm -3 K -1 .

Inder Praxis konnten gute Ergebnis mit Flüssigkeit aus einer Gruppe erzielt werden, die folgende Flüssigkeiten umfasst: Wasser; Quecksilber; ein Öl, insbesondere ein Silikonöl.In practice, good results have been obtained with liquid from a group comprising the following liquids: water; Mercury; an oil, especially a silicone oil.

Besonders günstig hat sich Wasser als Flüssigkeit erwiesen. Wasser hat bei 20°C eine besonders hohe Wärmespeicherzahl von s = 4,2 Jcm–3K–1.Water has proved to be particularly favorable as a liquid. At 20 ° C, water has a particularly high heat storage number of s = 4.2 Jcm -3 K -1 .

Im Hinblick auf das den wenigstens einen Hohlraum umgebende Material der Tragstruktur ist es vorteilhaft, wenn dieses bei 20°C eine Wärmespeicherzahl s in einem Bereich von 0,95 Jcm–3K–1 bis 4,35 Jcm–3K–1 hatWith regard to the material of the support structure surrounding the at least one cavity, it is advantageous if, at 20 ° C., it has a heat storage number s in a range from 0.95 Jcm -3 K -1 to 4.35 Jcm -3 K -1

Gute Ergebnisse konnte mit den wenigstens einen Hohlraum umgebendem Material der Tragstruktur aus einer Gruppe erreicht werden, die folgende Materialien umfasst: Aluminium; Glas; Glaskeramik. Good results could be obtained with the material of the support structure surrounding at least one cavity from a group comprising the following materials: aluminum; Glass; Glass ceramic.

Vorzugsweise ist das Material Aluminium.Preferably, the material is aluminum.

Herstellungstechnisch ist es günstig, wenn die Tragstruktur wenigstens ein Hohlprofil umfasst, welches den wenigstens einen Hohlraum bereitstellt.In terms of production, it is favorable if the support structure comprises at least one hollow profile which provides the at least one cavity.

Dabei ist die Tragstruktur bevorzugt insgesamt eine Hohlprofilstruktur. Eine solche Tragstruktur kann beispielsweise aus mehreren Aluminium-Hohlprofilstreben zusammengefügt sein, die gemeinsam einen oder mehrere flüssigkeitsgefüllte Hohlräume begrenzen.In this case, the support structure is preferably a total of a hollow profile structure. Such a support structure may for example be composed of a plurality of aluminum hollow profile struts, which together define one or more liquid-filled cavities.

Auch Flüssigkeiten unterliegen temperaturbedingten Volumenänderungen; Wasser beispielsweise hat bei 20°C einen Volumenausdehnungskoeffizienten γ = 0,21 [10–3 K–1]. Daher ist es günstig, wenn die Tragstruktur eine Kompensationseinrichtung umfasst, mittels welcher das Volumen des wenigstens einen Hohlraums veränderbar ist, so dass temperaturbedingte Änderungen des Volumens der Flüssigkeit kompensierbar sind.Also liquids are subject to temperature-induced volume changes; Water, for example, has a volume expansion coefficient γ = 0.21 [10 -3 K -1 ] at 20 ° C. Therefore, it is advantageous if the support structure comprises a compensation device, by means of which the volume of the at least one cavity is variable, so that temperature-induced changes in the volume of the liquid can be compensated.

Im Hinblick auf das optisches System der eingangs genannten Art wird die oben genannte Aufgabe dadurch gelöst, dass

  • c) die Messvorrichtung eine Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ist.
With regard to the optical system of the type mentioned above, the above object is achieved in that
  • c) the measuring device is a measuring device according to one of claims 1 to 11.

Die Vorteile hiezu entsprechen den oben zu der Messvorrichtung angegebenen Vorteilen.The advantages of this correspond to the advantages given above for the measuring device.

Eine besonders effektive Anwendung wird erreicht, wenn das optische System ein Projektionsobjektiv einer mikrolithographischen EUV-Projektionsbelichtungsanlage ist.A particularly effective application is achieved when the optical system is a projection objective of a microlithographic EUV projection exposure apparatus.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the drawings. In these show:

1 eine perspektivische Ansicht einer schematischen mikrolithographischen EUV-Projektionsbelichtungsanlage mit einer Beleuchtungseinheit und einem Projektionsobjektiv; 1 a perspective view of a schematic microlithographic EUV projection exposure apparatus with a lighting unit and a projection lens;

2 einen Teilschnitt des Projektionsobjektivs von 1 mit einer Tragstruktur mit zwei Sensoren zur Erfassung der Position und Ausrichtung zweier Spiegel. 2 a partial section of the projection lens of 1 with a support structure with two sensors for detecting the position and orientation of two mirrors.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELEDESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS

In 1 ist schematisch eine mikrolithographische EUV-Projektionsbelichtungsanlage 10 gezeigt, welche eine Beleuchtungseinrichtung 12 und ein Projektionsobjektiv 14 umfasst.In 1 schematically is a microlithographic EUV projection exposure system 10 shown which a lighting device 12 and a projection lens 14 includes.

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.With the projection lens 14 become reflective structures 16 on a mask 18 are arranged on a photosensitive layer 20 transfer. The photosensitive layer 20 is usually a photoresist and is located on a wafer 22 or another substrate.

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.For transmission of the reflective structures 16 the mask 18 on the photosensitive layer 20 becomes the mask 18 by means of the illumination device 12 with EUV radiation 24 illuminated. The lighting device 12 generates EUV radiation, which in the present embodiment has a center wavelength of 13.5 nm and a spectral half-width of about 1%, so that the largest part of the illumination device 12 leaving EUV radiation 24 Wavelengths between 13.36 nm and 13.64 nm.

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.The lighting device 12 lights up on the underside of the mask 18 a stationary field 26 from, which corresponds to a ring segment in the present embodiment. The projection lens 14 generated on the wafer 22 a reduced picture 28 the structures 16 on the mask 18 in The Field 26 be lit up.

Das Projektionsobjektiv 14 ist 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 21 und 22 angedeutet.The projection lens 14 is designed for a scan mode in which the mask 18 and the wafer 22 in a manner known per se with the magnification of the projection lens 14 predetermined speeds are moved in opposite directions. This is in the 1 and 2 through the arrows 21 and 22 indicated.

Die Beleuchtungseinrichtung 12 umfasst ein Gehäuse 30, in dem eine in 2 zu erkennende und dort nur schematisch gezeigte Lichtquelle 32 für die EUV-Strahlung 24 angeordnet ist. Die von der Lichtquelle 32 erzeugte EUV-Strahlung 24 wird mittels optischer Elemente in Form von Spiegeln auf die Maske 18 projiziert. In 2 ist die Lichtquelle 32 hinter der Zeichenebene angeordnet, so dass der Strahlengang der EUV-Strahlung 24 nach vorne vor die Zeichenebene führt.The lighting device 12 includes a housing 30 in which a in 2 to be recognized and there only schematically shown light source 32 for the EUV radiation 24 is arranged. The of the light source 32 generated EUV radiation 24 is by means of optical elements in the form of mirrors on the mask 18 projected. In 2 is the light source 32 arranged behind the plane of the drawing, so that the beam path of the EUV radiation 24 leads forward in front of the drawing plane.

In der Praxis sind in der Beleuchtungseinrichtung 12 hierzu zwischen 5 und 7 Spiegel vorhanden. Inder stark schematischen 2 ist das Gehäuse 30 teilweise weggebrochen und sind der Übersichtlichkeit halber nur ein erster Spiegel 34 und ein zweiter Spiegel 36 gezeigt.In practice, in the lighting device 12 between 5 and 7 mirrors available. Indian highly schematic 2 is the case 30 partially broken off and are for clarity only a first mirror 34 and a second mirror 36 shown.

Jeder Spiegel 34, 36 ist mit einer ihm zugeordneten Justageeinrichtung 38 bzw. 40 verbunden, die im Gehäuse 30 auf einem mit dem Gehäuse 30 verbundenen Tragrahmen 42 angeordnet ist, von dem lediglich schematisch eine erste Rahmenstrebe 42a und eine zweite Rahmenstrebe 42b angedeutet sind. Every mirror 34 . 36 is with an associated adjustment device 38 respectively. 40 connected in the housing 30 on one with the case 30 connected support frame 42 is arranged, of which only schematically a first frame strut 42a and a second frame strut 42b are indicated.

Die Justageeinrichtungen 38 und 40 dienen dazu, den jeweiligen Spiegel 34, 36 derart im Raum auszurichten, dass die EUV-Strahlung 24 mit der erforderlichen Genauigkeit auf das Feld 26 zur Ausleuchtung der Maske 18 trifft. Der erste Spiegel 34 ist dabei über seine Justageeinrichtung 38 an der ersten Rahmenstrebe 42a befestigt. In entsprechender Weise ist der zweite Spiegel 36 über seine Justageeinrichtung 40 an der zweiten Rahmenstrebe 42b befestigt. Die Funktionsweise der Justageeinrichtungen 36 und 38 ist hier nicht weiter relevant, weshalb diese nur sehr schematisch gezeigt sind und auf deren weitere Erläuterung verzichtet wird.The adjustment devices 38 and 40 serve to the respective mirror 34 . 36 to align in space so that the EUV radiation 24 with the required accuracy to the field 26 to illuminate the mask 18 meets. The first mirror 34 is about his adjustment device 38 on the first frame strut 42a attached. Similarly, the second mirror 36 about his adjustment device 40 on the second frame strut 42b attached. The functioning of the adjustment devices 36 and 38 is not relevant here, which is why they are shown only very schematically and their further explanation is omitted.

Die Position und Ausrichtung der Spiegel 36 und 38 – und auch der in 2 nicht gezeigten zusätzlichen Spiegel – in dem Gehäuse und ihre Relativlage zueinander wird mittels einer Messvorrichtung 44 überwacht. Die Messvorrichtung 44 umfasst eine Tragstruktur 46, welche zur Bestimmung der Position und Ausrichtung der Spiegel 36 und 38 ein Referenzkoordinatensystem vorgibt. Aus diesem Grund ist die Tragstruktur 46 der Messvorrichtung 44 von der die Spiegel 36 und 38 tragenden Rahmenstruktur 42 entkoppelt. Dies ist in 2 durch ein Federmittel 48 und ein Dämpfungsglied 50 angedeutet. Die Tragstruktur 46 ist dadurch sowohl im Hinblick auf Schwingungen der Rahmenstruktur 42 als auch im Hinblick auf thermische Ausdehnungen der Rahmenstruktur 42 von dieser entkoppelt.The position and orientation of the mirrors 36 and 38 - and also the in 2 not shown additional mirror - in the housing and their relative position to each other by means of a measuring device 44 supervised. The measuring device 44 includes a support structure 46 which is used to determine the position and orientation of the mirror 36 and 38 specifies a reference coordinate system. That's why the support structure is 46 the measuring device 44 from the the mirrors 36 and 38 supporting frame structure 42 decoupled. This is in 2 by a spring means 48 and an attenuator 50 indicated. The supporting structure 46 is characterized both in terms of vibrations of the frame structure 42 as well as with regard to thermal expansions of the frame structure 42 decoupled from this.

Die Messeinrichtung 44 umfasst mehrere an der Tragstruktur 46 gelagerte Sensoreinrichtungen, von denen ein 2 zwei Sensoreinrichtungen 52 und 54 gezeigt sind. Die erste Sensoreinrichtung 52 ist dem ersten Spiegel 34 und die zweite Sensoreinrichtung 54 ist dem zweiten Spiegel 36 zugeordnet.The measuring device 44 includes several on the support structure 46 mounted sensor devices, one of which 2 two sensor devices 52 and 54 are shown. The first sensor device 52 is the first mirror 34 and the second sensor device 54 is the second mirror 36 assigned.

Mit Hilfe der Sensoreinrichtungen 52, 54 wird die relative Position und Ausrichtung der Spiegel 34 und 36 in ihren jeweils sechs Freiheitsgraden bezogen auf die Tragstruktur 46 bzw. bezogen auf die Sensoreinrichtungen 52, 54 der Messvorrichtung 44 erfasst und überwacht. Dies ist in 2 durch ein jeweiliges Sensorfeld 52a, 54a angedeutet.With the help of the sensor devices 52 . 54 is the relative position and orientation of the mirror 34 and 36 in their six degrees of freedom with respect to the supporting structure 46 or relative to the sensor devices 52 . 54 the measuring device 44 recorded and monitored. This is in 2 through a respective sensor field 52a . 54a indicated.

Als Sensoreinrichtungen 52, 54 werden berührungslose Sensoren verwendet, von denen verschiedene Ausführungsarten an und für sich bekannt sind. Insbesondere kommen so genannte Moiré-Sensoren in Betracht.As sensor devices 52 . 54 Non-contact sensors are used, of which various embodiments are known per se. In particular, so-called moiré sensors come into consideration.

Wie in 2 gut zu erkennen ist, weist die Tragstruktur 46 der Messvorrichtung 44 einen Hohlraum 56 auf, der mit einer Flüssigkeit 58 gefüllt ist.As in 2 is clearly visible, the support structure 46 the measuring device 44 a cavity 56 on that with a liquid 58 is filled.

Hierzu ist die Tragstruktur 46 aus fluidisch miteinander kommunizierenden Hohlprofilen 60 aufgebaut, welche den Hohlraum 56 begrenzen und von denen in 2 drei zu erkennen sind: Die Tragstruktur 46 ist beim vorliegenden Ausführungsbeispiel somit eine Hohlprofilstruktur.This is the support structure 46 from fluidically communicating hollow profiles 60 built the cavity 56 limit and those in 2 Three are recognizable: The supporting structure 46 is in the present embodiment thus a hollow profile structure.

Die Hohlprofile 60 und damit das den Hohlraum 56 umgebende Material der Tragstruktur 46 sind bzw. ist beim vorliegenden Ausführungsbeispiel aus Aluminium. In Abwandlung kann das den Hohlraum 56 umgebende Material der Tragstruktur 46 auch ein Glas oder eine Glaskeramik sein.The hollow profiles 60 and that's the cavity 56 surrounding material of the supporting structure 46 are or is in the present embodiment of aluminum. In a modification, this can be the cavity 56 surrounding material of the supporting structure 46 also be a glass or a glass ceramic.

Insbesondere sollte das den Hohlraum 56 umgebende Material der Tragstruktur 46 bei 20°C eine Wärmespeicherzahl s in einem Bereich von 0,95 Jcm–3K–1 bis 4,35 Jcm–3K–1 haben.In particular, this should be the cavity 56 surrounding material of the supporting structure 46 at 20 ° C have a heat storage number s in a range of 0.95 Jcm -3 K -1 to 4.35 Jcm -3 K -1 .

Demgegenüber hat die Flüssigkeit 58 bei 20°C eine höhere Wärmespeicherzahl s als das den Hohlraum 58 begrenzende Material der Tragstruktur 46. In der Praxis hat die Flüssigkeit 58 bei 20°C eine Wärmespeicherzahl s in einem Bereich von 1,0 Jcm–3K–1 bis 4,5 Jcm–3K–1 hat.In contrast, the liquid has 58 at 20 ° C a higher number of heat storage s than the cavity 58 limiting material of the supporting structure 46 , In practice, the liquid has 58 at 20 ° C has a heat storage number s in a range of 1.0 Jcm -3 K -1 to 4.5 Jcm -3 K -1 .

Bei der Flüssigkeit 58 handelt es sich um Wasser. In Abwandlung können auch Quecksilber oder ein Öl, insbesondere ein Silikonöl, verwendet werden.At the liquid 58 it is water. Alternatively, mercury or an oil, in particular a silicone oil, may also be used.

Auf Grund des in dem Hohlraum 56 der Tragstruktur 46 befindlichen Wassers 58 ist die thermische Ausdehnung der Tragstruktur 46 insgesamt gegenüber einer massiven Ausbildung der Tragstruktur verringert, da Wasser bei 20°C eine besonders hohe Wärmespeicherzahl von s = 4,2 Jcm–3K–1 hat. Darüber hinaus kann die Flüssigkeit 58 die Wärme durch Konvektion gut innerhalb der Tragstruktur 46 verteilen.Because of in the cavity 56 the supporting structure 46 located water 58 is the thermal expansion of the support structure 46 reduced overall compared to a massive design of the support structure, since water at 20 ° C has a particularly high heat storage number of s = 4.2 Jcm -3 K -1 . In addition, the liquid can 58 the heat by convection well within the support structure 46 to distribute.

Insgesamt fallen die temperaturbedingten Veränderungen der Tragstruktur 46 nur noch gering aus. Hierdurch ist auch die Differenz zwischen den Soll-Werten des durch die Tragstruktur 46 definierten Referenzkoordinatensystems und dessen Ist-Werten geringer als bei einer massiven Tragstruktur. Hierdurch erfolgt die Bestimmung der Position und der Ausrichtung der Spiegel 34, 36 mit einem kleineren Fehler und ist somit insgesamt genauer. Dadurch wird jedoch auch eine insgesamt genauerer Positionierung und Ausrichtung der Spiegel 34, 36 in der Beleuchtungseinrichtung 12 erreicht, wodurch die Ausleuchtung der Maske 18 optimiert ist.Overall, the temperature-related changes of the support structure fall 46 only small. This is also the difference between the desired values of the through the support structure 46 defined reference coordinate system and its actual values are smaller than with a solid support structure. This determines the position and orientation of the mirrors 34 . 36 with a smaller error and is therefore more accurate overall. This, however, also an overall more accurate positioning and alignment of the mirror 34 . 36 in the lighting device 12 achieved, reducing the illumination of the mask 18 is optimized.

Da auch das Volumen des Wassers 58 in dem Hohlraum 56 temperaturbedingten Schwankungen unterliegt, umfasst die Tragstruktur 46 eine Kompensationseinrichtung 62. Diese umfasst eine Kammer 64, die in Strömungsverbindung mit dem Hohlraum 56 der Tragstruktur 46 steht und einen Flüssigkeitsraum 66 zur Verfügung stellt. Der Flüssigkeitsraum 66 bildet so einen Teilbereich des Hohlraums 58 der Tragstruktur 46 und trägt zu dessen Gesamtvolumen bei. Der Flüssigkeitsraum 66 ist an einer Seite durch eine Kolbenplatte 68 begrenzt, die verschiebbar in der Kammer 64 gelagert ist. Auf der von dem Flüssigkeitsraum 66 abliegenden Seite der Kolbenplatte 68 ist eine Feder 70 vorhanden, welche sich gegen das Kammergehäuse abstützt und gegen die Kolbenplatte 68 andrückt. Die Kolbenplatte 68 wird so stets gegen das in dem Flüssigkeitsraum 66 befindliche Wasser 58 gedrückt.As well as the volume of water 58 in the cavity 56 subject to temperature fluctuations, includes the support structure 46 a compensation device 62 , This includes a chamber 64 , which is in fluid communication with the cavity 56 the supporting structure 46 stands and a liquid room 66 provides. The fluid space 66 thus forms a portion of the cavity 58 the supporting structure 46 and contributes to its overall volume. The fluid space 66 is on one side by a piston plate 68 limited, slidable in the chamber 64 is stored. On the from the liquid room 66 distant side of the piston plate 68 is a spring 70 present, which is supported against the chamber housing and against the piston plate 68 presses. The piston plate 68 so is always against the in the liquid space 66 located water 58 pressed.

Wenn das Volumen des Wassers 58 auf Grund einer Temperaturerhöhung größer wird, drückt das Wasser 58 gegen die Kolbenplatte 68 und drückt diese gegen die Kraft der Feder 70 nach außen. Hierdurch wird das Gesamtvolumen des Hohlraums 56 an das vom Wasser 58 benötigte Volumen angepasst. In entsprechender Weise wird die Kolbenplatte 68 durch die Feder 70 nach innen bewegt, wenn sich das Volumen des Wassers 58 bei einer Temperaturerniedrigung verringert.When the volume of water 58 due to a temperature increase gets bigger, the water presses 58 against the piston plate 68 and pushes them against the force of the spring 70 outward. This will reduce the total volume of the cavity 56 to the water 58 required volume adjusted. In a corresponding manner, the piston plate 68 through the spring 70 moved inward when the volume of water 58 reduced at a temperature decrease.

Insgesamt kann somit durch die Kompensationseinrichtung 62 das Volumen des Hohlraums 58 verändert werden, so dass temperaturbedingte Änderungen des Volumens des Wassers 58 kompensiert werden.Overall, therefore, by the compensation device 62 the volume of the cavity 58 be changed, causing temperature changes in the volume of water 58 be compensated.

Claims (13)

Messvorrichtung, zur Erfassung der Position und Ausrichtung von optischen Elementen insbesondere in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtunganlage mit a) wenigstens einer ersten Sensoreinrichtung (52), die einem ersten optischen Element (34) zugeordnet ist, und einer zweiten Sensoreinrichtung (54), die einem zweiten optischen Element (36) zugeordnet ist; b) einer Tragstruktur (46), welche die erste und die zweite Sensoreinrichtung (52, 54) trägt, dadurch gekennzeichnet, dass c) die Tragstruktur (46) wenigstens einen Hohlraum (56) aufweist, welcher mit einer Flüssigkeit (58) gefüllt ist.Measuring device for detecting the position and orientation of optical elements, in particular in a microlithographic projection exposure apparatus with a) at least one first sensor device ( 52 ), which is a first optical element ( 34 ), and a second sensor device ( 54 ), which is a second optical element ( 36 ) assigned; b) a supporting structure ( 46 ), which the first and the second sensor device ( 52 . 54 ), characterized in that c) the supporting structure ( 46 ) at least one cavity ( 56 ) which is filled with a liquid ( 58 ) is filled. Messvorrichtung nach Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit (58) bei 20°C eine höhere Wärmespeicherzahl s als ein den wenigstens einen Hohlraum (56) begrenzendes Material der Tragstruktur (46) hat.Measuring device according to claim 1, characterized in that the liquid ( 58 ) at 20 ° C a higher heat storage number s than a the at least one cavity ( 56 ) limiting material of the supporting structure ( 46 ) Has. Messvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit (58) bei 20°C eine Wärmespeicherzahl s in einem Bereich von 1,0 Jcm–3K–1 bis 4,5 Jcm–3K–1 hat.Measuring device according to claim 1 or 2, characterized in that the liquid ( 58 ) at 20 ° C has a heat storage number s in a range of 1.0 Jcm -3 K -1 to 4.5 Jcm -3 K -1 . Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit (58) aus einer Gruppe gewählt ist, die folgende Flüssigkeiten umfasst: Wasser; Quecksilber; ein Öl, insbesondere ein Silikonöl.Measuring device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the liquid ( 58 ) is selected from the group comprising the following liquids: water; Mercury; an oil, especially a silicone oil. Messvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit (58) Wasser ist.Measuring device according to claim 4, characterized in that the liquid ( 58 ) Water is. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das den wenigstens einen Hohlraum (56) umgebende Material der Tragstruktur (46) bei 20°C eine Wärmespeicherzahl s in einem Bereich von 0,95 Jcm–3K–1 bis 4,35 Jcm–3K–1 hat.Measuring device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the at least one cavity ( 56 ) surrounding material of the supporting structure ( 46 ) at 20 ° C has a heat storage number s in a range of 0.95 Jcm -3 K -1 to 4.35 Jcm -3 K -1 . Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das den wenigstens einen Hohlraum (56) umgebende Material der Tragstruktur (46) aus einer Gruppe gewählt ist, die folgende Materialien umfasst: Aluminium; Glas; Glaskeramik.Measuring device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the at least one cavity ( 56 ) surrounding material of the supporting structure ( 46 ) is selected from the group consisting of aluminum; Glass; Glass ceramic. Messvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Material Aluminium ist.Measuring device according to claim 7, characterized in that the material is aluminum. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur (46) wenigstens ein Hohlprofil (60) umfasst, welches den wenigstens einen Hohlraum (56) bereitstellt.Measuring device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the support structure ( 46 ) at least one hollow profile ( 60 ) comprising the at least one cavity ( 56 ). Messvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur (46) eine Hohlprofilstruktur ist.Measuring device according to claim 9, characterized in that the supporting structure ( 46 ) is a hollow profile structure. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur (46) eine Kompensationseinrichtung (62) umfasst, mittels welcher das Volumen des wenigstens einen Hohlraums (58) veränderbar ist, so dass temperaturbedingte Änderungen des Volumens der Flüssigkeit (58) kompensierbar sind.Measuring device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the support structure ( 46 ) a compensation device ( 62 ), by means of which the volume of the at least one cavity ( 58 ) is variable, so that temperature-related changes in the volume of the liquid ( 58 ) are compensated. Optisches System mit a) einem ersten optischen Element (34) und wenigstens einem zweiten optischen Element (36); b) einer Messvorrichtung (44) zur Erfassung der Position und Ausrichtung des ersten optischen Elements (34) und des zweiten optischen Elements (36), dadurch gekennzeichnet, dass c) die Messvorrichtung (44) eine Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ist.Optical system with a) a first optical element ( 34 ) and at least one second optical element ( 36 ); b) a measuring device ( 44 ) for detecting the position and orientation of the first optical element ( 34 ) and the second optical element ( 36 ), characterized in that c) the measuring device ( 44 ) is a measuring device according to one of claims 1 to 11. Optisches System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System ein Projektionsobjektiv (14) einer mikrolithographischen EUV-Projektionsbelichtungsanlage (10) ist.Optical system according to claim 12, characterized in that the optical system Projection lens ( 14 ) of a microlithographic EUV projection exposure apparatus ( 10 ).
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