DE102011114254B4 - Measuring device and optical system with such - Google Patents
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Abstract
Messvorrichtung zur Erfassung der Position und Ausrichtung von optischen Elementen 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 alignment of optical elements with a) at least one first sensor device (52) which is assigned to a first optical element (34) and a second sensor device (54) which is assigned to a second optical element (36) ; b) a support structure (46) which carries the first and second sensor devices (52, 54), characterized in that c) the support structure (46) has at least one cavity (56) which is filled with a liquid (58) .
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 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.
- 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.
- 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
Aus der
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, so dass 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. In this case, of course, the relative position of the sensors to each other and relative to the load-bearing structure with the mirrors, so that the actual position of the sensors no longer coincides with their desired position, which is assumed in the determination of the position and orientation of the mirror.
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 [J g–1 K–1], die auf das Volumen bezogene Wärmespeicherzahl s [J cm–3 K–1], die sich aus der spezifischen Wärmekapazität c und der Dichte ρ [g cm–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.With regard to the material properties of the material (s) used in the support structure, in particular the mass-specific specific heat capacity c [J g -1 K -1 ], the volume-related heat storage number s [J cm -3 K -1 ], which is calculated from the specific heat capacity c and the density ρ [g cm -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 J g–1 K–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 J cm–3 K–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 J g -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 J cm -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.
- 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 vorlegenden 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 more meaningful material parameter in the preliminary 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 J cm–3 K–1 bis 4,5 J cm–3 K–1 hat.It is particularly advantageous if the liquid at 20 ° C has a heat storage number s in a range of 1.0 J cm -3 K -1 to 4.5 J cm -3 K -1 .
In der 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 could be 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 J cm–3 K–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 J cm -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 J cm–3 K–1 bis 4,35 J cm–3 K–1 hatWith regard to the at least one cavity surrounding material of the support structure, it is advantageous if this at 20 ° C a Heat storage number s in a range of 0.95 J cm -3 K -1 to 4.35 J cm -3 K -1 has
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; For example, water at 20 ° C has a volume expansion coefficient γ = 0.21 × 10 -3 K -1 ]. 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.
Es ist insbesondere von Vorteil, wenn die Messvorrichtung in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtunganlage bereitgestellt ist.It is particularly advantageous if the measuring device is provided in a microlithographic projection exposure apparatus.
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.
- 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:
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELEDESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS
In
Mit dem Projektionsobjektiv
Zur Übertragung der reflektierenden Strukturen
Die Beleuchtungseinrichtung
Das Projektionsobjektiv
Die Beleuchtungseinrichtung
In der Praxis sind in der Beleuchtungseinrichtung
Jeder Spiegel
Die Justageeinrichtungen
Die Position und Ausrichtung der Spiegel
Die Messeinrichtung
Mit Hilfe der Sensoreinrichtungen
Als Sensoreinrichtungen
Wie in
Hierzu ist die Tragstruktur
Die Hohlprofile
Insbesondere sollte das den Hohlraum
Demgegenüber hat die Flüssigkeit
Bei der Flüssigkeit
Auf Grund des in dem Hohlraum
Insgesamt fallen die temperaturbedingten Veränderungen der Tragstruktur
Da auch das Volumen des Wassers
Wenn das Volumen des Wassers
Insgesamt kann somit durch die Kompensationseinrichtung
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Legal Events
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R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |