DE102013201082A1

DE102013201082A1 - Anordnung zur Aktuierung eines Elementes in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage

Info

Publication number: DE102013201082A1
Application number: DE201310201082
Authority: DE
Inventors: Sascha Bleidistel; Ulrich SCHÖNHOFF; Jürgen Fischer
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2013-01-24
Filing date: 2013-01-24
Publication date: 2014-03-13
Also published as: JP6396359B2; US20140204356A1; JP6101220B2; JP2014160241A; US8786826B1; JP2016177292A; US20170153553A1; US10185221B2; US20180181005A1; US20140300882A1; US9841682B2; US9568837B2; US20160054661A1

Abstract

Die Erfindung betrifft Anordnungen zur Aktuierung eines Elementes in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage. Gemäß einem Aspekt weist eine Anordnung zur Aktuierung eines Elementes in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage eine erste Anzahl (n_R) von Freiheitsgraden, wobei in jedem dieser Freiheitsgrade eine regelbare Kraft auf das optische Element übertragbar ist, und eine zweite Anzahl (n_A) von Aktuatoren (111, 112, 113, 114, 211, 212, ...), welche zur Kraftübertragung auf das optische Element (100, 200) jeweils über eine mechanische Ankopplung an das optische Element (100, 200) gekoppelt sind, auf, wobei die zweite Anzahl (n_A) größer ist als die erste Anzahl (n_R). Gemäß einem Aspekt ist wenigstens einer der Aktuatoren (111, 112, 113, 114, 211, 212, ...) in einem Knoten wenigstens einer Eigenschwingungsmode des optischen Elementes (100, 200) angeordnet.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft Anordnungen zur Aktuierung eines Elementes in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.
Stand der Technik
Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise oder LCD's, angewendet. Der Mikrolithographieprozess wird in einer sogenannten Projektionsbelichtungsanlage durchgeführt, welche eine Beleuchtungseinrichtung und ein Projektionsobjektiv aufweist. Das Bild einer mittels der Beleuchtungseinrichtung beleuchteten Maske (= Retikel) wird hierbei mittels des Projektionsobjektivs auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes und in der Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnetes Substrat (z. B. ein Siliziumwafer) projiziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen.
In einer für EUV (d. h. für elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge unterhalb von 15 nm) ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage werden mangels Vorhandenseins lichtdurchlässiger Materialien Spiegel als optische Komponenten für den Abbildungsprozess verwendet. Diese Spiegel können auf einem Tragrahmen befestigt und wenigstens teilweise manipulierbar ausgestaltet sein, um eine Bewegung des jeweiligen Spiegels beispielsweise in sechs Freiheitsgraden (d. h. hinsichtlich Verschiebungen in den drei Raumrichtungen x, y und z sowie hinsichtlich Rotationen R_x, R_y und R_z um die entsprechenden Achsen) zu ermöglichen. Dabei kann die Position der Spiegel mittels an einem Sensorrahmen befestigter Positionssensoren bestimmt werden.
In einer für EUV ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage werden manipulierbar ausgestaltete Spiegel sowohl als aktiv deformierbare Spiegel, bei denen durch aktive Deformation z. B. im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage auftretende Änderungen der optischen Eigenschaften und hieraus resultierende Abbildungsfehler z. B. infolge von thermischen Einflüssen kompensiert werden können, wie auch als nicht aktiv deformierbare Spiegel, bei denen keine gezielte Deformation erfolgt, eingesetzt.
Die Positionsregelung solcher Spiegel dient dazu, in Verbindung mit einer geeigneten Aktuatorik (z. B. mit Lorentz-Aktuatoren) die Spiegel in ihrer Position möglichst stabil zu halten, so dass eine mittels der Positionssensoren gemessene Abweichung der Spiegelpositionen möglichst gering ist. Ein hierzu grundsätzlich möglicher Ansatz besteht in einer Erhöhung der Reglerverstärkung und damit einer Erhöhung der Bandbreite der Regelung. Hierbei tritt jedoch in der Praxis das Problem auf, dass die Spiegel keine ideal starren Körper sind, sondern jeweils bestimmte Eigenfrequenzen der mechanischen Strukturen (z. B. in einer typischen Größenordnung im Bereich von 2–3 kHz) aufweisen, wobei sich die entsprechenden Eigenfrequenzspektren für die mit steigenden numerischen Aperturen wachsenden Abmessungen der Spiegel sowie der Trag- und Messtrukturen immer weiter zu kleineren Frequenzen hin verschieben. Dies gilt umso mehr für aktiv deformierbare Spiegel, welche gezielt deformierbar und somit nachgiebig gestaltet werden müssen. Eine Anregung dieser Eigenfrequenzen mittels der Aktuatoren kann jedoch dazu führen, dass infolge der relativ geringen Dämpfung im Regelkreis vergleichsweise große Amplituden von den jeweiligen Positionssensoren erfasst werden, wodurch die Stabilität des Regelkreises gefährdet und eine aktive Positionsregelung nicht mehr stabil bzw. nur mit geringer Regelgüte betrieben werden kann.
Zum Stand der Technik wird beispielhaft auf US 6,842,277 B2 , US 2007/0284502 A1 und die Publikation „Benefits of overactuation in motion systems", by M. G. E. Schneiders et al., Proceedings of the 2004 American Control Conference (ACC 2004), Boston (2004), verwiesen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Anordnungen zur Aktuierung eines Elementes in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage bereitzustellen, welche eine aktive Positionsregelung des Elementes mit höherer Regelgüte ermöglichen.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Gemäß einem Aspekt betrifft die Erfindung eine Anordnung zur Aktuierung eines Elementes in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, mit:

– einer ersten Anzahl (n_R) von Freiheitsgraden, wobei in jedem dieser Freiheitsgrade eine regelbare Kraft auf das optische Element übertragbar ist; und
– einer zweiten Anzahl (n_A) von Aktuatoren, welche zur Kraftübertragung auf das optische Element jeweils über eine mechanische Ankopplung an das optische Element gekoppelt sind;
– wobei die zweite Anzahl (n_A) größer ist als die erste Anzahl (n_R); und
– wobei wenigstens einer dieser Aktuatoren in einem Knoten wenigstens einer Eigenschwingungsmode des optischen Elementes angeordnet ist.

Der Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, in einer Anordnung zur Aktuierung eines Elementes, insbesondere eines Spiegels, insofern eine „Überaktuierung” vorzunehmen, als die Anzahl der Aktuatoren die Anzahl von Freiheitsgraden übersteigt (also beispielsweise für eine Aktuierung des Elementes bzw. Spiegels in sechs Freiheitsgraden wenigstens sieben Aktuatoren eingesetzt werden). Diese durch die (bezogen auf die Anzahl von Freiheitsgraden) zur Verfügung stehende Überzahl von Aktuatoren im Vergleich einer eindeutig statisch bestimmten Anordnung gewonnene zusätzliche Freiheit hinsichtlich der Aufbringung von Kräften auf das optische Element kann nun weiter dahingehend genutzt werden, dass die Kräfte in solcher Weise auf das optische Element aufgebracht werden, dass die oben beschriebene Anregung von Eigenschwingungen der mechanischen Strukturen reduziert oder sogar komplett ausgeblendet wird. Ein weiterer Vorteil dieser Überaktuierung besteht darin, dass aufgrund der höheren Anzahl von Aktuatoren eine bessere Verteilung der Kräfte ermöglicht wird.
Die durch die erfindungsgemäße Überaktuierung gewonnene zusätzliche Freiheit kann zum einen bei der Positionierung der Aktuatoren und zum anderen auch bei der Ansteuerung der Aktuatoren (d. h. der gezielten Gestaltung der erzeugten Kraftlinie) genutzt werden. Was die Positionierung der Aktuatoren betrifft, wird gemäß dem o. g. Ansatz der Erfindung wenigstens einer der Aktuatoren in einem Knoten einer Eigenschwingungsmode angeordnet, was zur Folge hat, dass unabhängig von der Anregung des betreffenden Aktuators die jeweilige unerwünschte Eigenschwingungsmode nicht angeregt wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Anordnung zur Aktuierung eines optischen Elementes in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, mit

– einer ersten Anzahl (n_R) von Freiheitsgraden, wobei in jedem dieser Freiheitsgrade eine stellbare Kraft auf das optische Element übertragbar ist; und
– einer zweiten Anzahl (n_A) von Aktuatoren, welche zur Kraftübertragung auf das optische Element jeweils über eine mechanische Ankopplung an das optische Element gekoppelt sind;
– wobei die zweite Anzahl (n_A) größer ist als die erste Anzahl (n_R); und
– wobei die Aktuatoren so angeordnet sind, dass die Aktuierung in den Freiheitsgraden im Wesentlichen orthogonal zu wenigstens einer Eigenschwingungsmode des optischen Elementes ist.

Gemäß dem vorstehenden Ansatz sind die Aktuatoren so angeordnet, dass die Aktuierung in den Freiheitsgraden im Wesentlichen orthogonal zu wenigstens einer Eigenschwingungsmode ist.
Unter „im Wesentlichen” orthogonal ist im Sinne der vorliegenden Anmeldung zu verstehen, dass die Aktuierung der Eigenschwingungsmoden, die in der Übertragungsfunktion des offenen Regelkreises als eine schwach gedämpfte Resonanz sichtbar wird, in Ihrem Betrag („magnitude”) gegenüber einer Nicht-Überaktuierung um mindestens 6 dB, insbesondere um mindestens 12 dB, weiter um insbesondere mindestens 20 dB, reduziert wird.
Gemäß einer Ausführungsform ist das optische Element ein Spiegel. Wenngleich in den weiteren Ausführungsformen das optische Element jeweils ein Spiegel von einer für EUV ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage ist, ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt. So kann die Erfindung auch in Verbindung mit anderen optischen Elementen, wie z. B. refraktiven oder auch diffraktiven optischen Elementen, realisiert werden. In weiteren Ausführungsformen kann die Erfindung auch in einer für DUV ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage (d. h. für Wellenlängen von weniger als 200 nm, insbesondere weniger als 160 nm) realisiert werden.
Der Spiegel kann insbesondere derart konfiguriert sein, dass er zur Kompensation einer unerwünschten Störung in der Projektionsbelichtungsanlage aktiv deformierbar ist. Bei einer solchen Störung kann es sich beispielsweise um eine thermische Ausdehnung infolge Absorption der von der (z. B. EUV-)Lichtquelle emittierten Strahlung sowie auch um (durch solche thermischen Einflüsse oder anderweitig verursachte) Abbildungsfehler handeln.
Zur aktiven Deformation eines deformierbaren Spiegels wird typischerweise eine vergleichsweise hohe Anzahl von (Deformations-)Aktuatoren (z. B. größenordnungsmäßig 10–100) eingesetzt, wobei zudem der Spiegel im Unterschied zu einem nicht aktiv deformierbaren Spiegel vergleichsweise elastisch ausgelegt wird. Erfindungsgemäß können insbesondere diese (Deformations-)Aktuatoren zur Realisierung der vorstehend beschriebenen Überaktuierung genutzt werden. Die Deformationsaktuatoren werden also gemäß diesem Ansatz insofern doppelt genutzt, als sie zum einen zur Deformation des betreffenden Spiegels eingesetzt und zum anderen dazu genutzt werden, den Spiegel in seiner Position zu regeln und hierbei die dazu benötigten Kräfte in solcher Weise zu erzeugen, dass die Anregung unerwünschter Eigenschwingungsmoden des Spiegels in geringerem Maße oder gar nicht erfolgt. Mit anderen Worten wird also von den Deformationsaktuatoren zusätzlich die Funktion der (im Falle eines nicht aktiv deformierbaren Spiegels ausschließlich vorhandenen) Positionierungsaktuatoren übernommen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Spiegel auch ein nicht aktiv deformierbarer Spiegel sein.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Anordnung ferner eine dritte Anzahl (n_S) von Sensorelementen zur Orts- und/oder Lage-Bestimmung des optischen Elementes auf. Gemäß einer Ausführungsform ist dabei die dritte Anzahl (n_S) von Sensorelementen größer als die erste Anzahl (n_R) von Freiheitsgraden.
Gemäß diesem Aspekt der Erfindung kann insbesondere in Verbindung mit einem nicht aktiv deformierbaren Spiegel somit auch relativ zur Anzahl an in der Positionierung des optischen Elements bestehenden Freiheitsgraden (n_R) eine Überzahl n_S (d. h. wenigstens n_R + 1) an Sensoren vorgesehen sein. Dieses weitere erfindungsgemäße Konzept, welches regelungstechnisch äquivalent zur vorstehend beschriebenen Überaktuierung ist, wird analog zur Überaktuierung im Weiteren auch als „Übersensierung” bezeichnet. Die durch die Überzahl an Sensoren gewonnene zusätzliche Freiheit kann dazu genutzt werden, eine Anordnung der Sensoren in solcher Weise zu wählen, dass bestimmte Eigenfrequenzen bzw. Eigenschwingungsmoden von der Sensorik gar nicht erst erfasst werden mit der Folge, dass die Positionsregelung auf solche Eigenfrequenzen nicht reagieren kann. Das Konzept der Übersensierung hat den weiteren Vorteil, dass Kräfte auf das optische Element bzw. den Spiegel weiterhin statisch bedingt aufgebracht werden und so prinzipbedingte bzw. unerwünschte Deformationen des optischen Elementes bzw. Spiegels vermieden werden.
Das vorstehend beschriebene Konzept der „Übersensierung” ist auch unabhängig von dem Konzept der „Überaktuierung” vorteilhaft.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung daher auch eine Anordnung zur Aktuierung eines optischen Elementes in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, mit:

– einer ersten Anzahl (n_R) von Freiheitsgraden, wobei in jedem dieser Freiheitsgrade eine regelbare Kraft auf das optische Element übertragbar ist; und
– einer dritten Anzahl (n_S) von Sensorelementen zur Orts- und/oder Lage-Bestimmung des optischen Elementes;
– wobei die dritte Anzahl (n_S) größer ist als die erste Anzahl (n_R).

Die erfindungsgemäße Anordnung kann insbesondere zur Aktuierung eines optischen Elementes in einer für EUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage ausgelegt sein.
Die Erfindung ist ferner sowohl in der Beleuchtungseinrichtung als auch im Projektionsobjektiv einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage einsetzbar.
Gemäß einer Ausführungsform beträgt die erste Anzahl (n_R) von Freiheitsgraden wenigstens drei, insbesondere sechs.
Die Erfindung betrifft ferner eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage mit einer Anordnung mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Aktuieren eines optischen Elementes in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage,

– wobei in einer ersten Anzahl (n_R) von Freiheitsgraden stellbare Kräfte auf das optische Element übertragen werden;
– wobei diese Kraftübertragung mittels einer zweiten Anzahl (n_A) von Aktuatoren erfolgt;
– wobei die zweite Anzahl (n_A) größer ist als die erste Anzahl (n_R); und
– wobei wenigstens einer dieser Aktuatoren in einem Knoten wenigstens einer Eigenschwingungsmode des optischen Elementes angeordnet wird.

Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Aktuieren eines optischen Elementes in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage,

– wobei in einer ersten Anzahl (n_R) von Freiheitsgraden stellbare Kräfte auf das optische Element (100, 200) übertragen werden;
– wobei diese Kraftübertragung mittels einer zweiten Anzahl (n_A) von Aktuatoren erfolgt;
– wobei die zweite Anzahl (n_A) größer ist als die erste Anzahl (n_R); und
– wobei das Aktuieren in den Freiheitsgraden im Wesentlichen orthogonal zu wenigstens einer Eigenschwingungsmode des optischen Elementes ist.

Gemäß einer Ausführungsform wird das optische Element durch die stellbaren Kräfte aktiv deformiert.
Gemäß einer Ausführungsform wird durch die stellbaren Kräfte die Position des optischen Elementes manipuliert.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt mittels einer dritten Anzahl (n_S) von Sensorelementen eine Orts- und/oder Lage-Bestimmung des optischen Elementes. Dabei kann insbesondere die dritte Anzahl (n_S) größer sein als die erste Anzahl (n_R).
Die Erfindung betrifft daher auch ein Verfahren zum Positionieren und/oder aktiven Deformieren eines optischen Elementes in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage,

– wobei in einer ersten Anzahl (n_R) von Freiheitsgraden eine regelbare Kraft auf das optische Element übertragen wird; und
– wobei mittels einer dritten Anzahl (n_S) von Sensorelementen eine Orts- und/oder Lage-Bestimmung des optischen Elementes erfolgt;
– wobei die dritte Anzahl (n_S) größer ist als die erste Anzahl (n_R).

Dabei kann das Verfahren jeweils insbesondere die Schritte aufweisen:

– Ermitteln wenigstens eines Abbildungsfehlers in der Projektionsbelichtungsanlage; und
– Positionieren und/oder aktives Deformieren des optischen Elementes derart, dass dieser Abbildungsfehler wenigstens teilweise kompensiert wird.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
1a–b schematische Darstellungen zur Erläuterung eines erfindungsgemäßen Ansatzes in Verbindung mit einem nicht aktiv deformierbaren Spiegel;
2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines erfindungsgemäßen Ansatzes in Verbindung mit einem aktiv deformierbaren Spiegel;
3–4 schematische Darstellungen zur Erläuterung einer Ausführungsform am Beispiel einer Lageregelung eines schwingungsfähigen Körpers;
5 ein Diagramm zur Erläuterung eines Regelkreises am Beispiel eines aktiv deformierbaren Spiegels unter Realisierung der erfindungsgemäßen Überaktuierung;
6 ein Diagramm zur Erläuterung eines Regelkreises am Beispiel eines aktiv deformierbaren Spiegels unter Realisierung der erfindungsgemäßen Übersensierung;
7 ein Diagramm zur Erläuterung eines Regelkreises am Beispiel eines aktiv deformierbaren Spiegels unter Realisierung eines statisch bestimmten I-Reglers; und
8 eine schematische Darstellung eines beispielhaften Aufbaus einer für den Betrieb im EUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, in welcher die vorliegende Erfindung realisiert werden kann.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
1a–b zeigt zunächst schematische Darstellungen zur Erläuterung eines erfindungsgemäßen Ansatzes in Verbindung mit einem nicht aktiv deformierbaren Spiegel.
Gemäß 1a wird herkömmlicherweise ein in einer definierten Position zu haltender Spiegel 100 isostatisch gelagert, indem drei Aktuatoren 111, 112 und 113 mit zum Spiegel 100 senkrechter Kraft- bzw. Antriebsrichtung eingesetzt werden, um den Spiegel 100 in den drei Freiheitsgraden z, R_x und R_y (d. h. hinsichtlich Verschiebung in der Raumrichtung z sowie Rotation um die x- bzw. y-Achse) zu positionieren. Mit genau diesen drei Aktuatoren 111, 112 und 113 sind die drei Freiheitsgrade z, R_x und R_y statisch bestimmt. Wie ebenfalls im Weiteren unter Bezugnahme auf 3 und 4 erläutert wird, können diese drei Aktuatoren 111, 112 und 113 jedoch elastische Eigenfrequenzen bzw. Eigenschwingungsmoden des Spiegels 100 anregen.
Wie in 1b angedeutet wird nun erfindungsgemäß, wie ebenfalls unter Bezugnahme auf 3 und 4 noch näher erläutert, eine relativ zur Anzahl an Freiheitsgraden (im Beispiel die drei Freiheitsgrade z, R_x und R_y) höhere Anzahl (im Beispiel n_A = 4) Aktuatoren 111, 112, 113 und 114 verwendet, wobei diese Aktuatoren 111–114 derart positioniert werden, dass für einige Eigenfrequenzen bzw. Eigenschwingungsmoden des Spiegels 100 keine unerwünschte Anregung bzw. eine damit einhergehende Störung der Positionsregelung erfolgt.
2 dient zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Konzepts in Verbindung mit einem ebenfalls lediglich schematisch angedeuteten, aktiv deformierbaren Spiegel 200. Gemäß 2 dient zur aktiven Deformation des deformierbaren Spiegels 200 eine vergleichsweise hohe Anzahl (z. B. 10, 100 oder mehr) Deformationsaktuatoren 211, 212, ..., wobei der Spiegel 200 zugleich zur Ermöglichung einer aktiven Deformation vergleichsweise elastisch ausgelegt wird. Die Deformationsaktuatoren 211, 212, ... werden erfindungsgemäß insofern doppelt genutzt, als sie zum einen zur Deformation des Spiegels 200 dienen und zum anderen im Wege der vorstehend beschriebenen Überaktuierung dazu dienen, die Positionsregelung des Spiegels 200 derart zu gestalten, dass eine unerwünschte Anregung von Eigenfrequenzen bzw. Eigenschwingungsmoden des Spiegels 200 möglichst unterbleibt.
Im Weiteren werden das Prinzip und die Funktionsweise der erfindungsgemäß auf ein optisches Element wie z. B. einen Spiegel angewandten Überaktuierung anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die schematischen Darstellungen in 3 und 4 erläutert. Dabei ist die Bewegung des optischen Elements in 3 und 4 der Einfachheit halber auf einen translatorischen und einen rotatorischen Freiheitsgrad beschränkt, und das System ist zur Beschreibung des Schwingungsfähigkeit in drei Knoten 310, 320, 330 unterteilt bzw. diskretisiert, wobei jeder dieser Knoten 310, 320, 330 je einen translatorischen Freiheitsgrad q₁, q₂ bzw. q₃ sowie einen rotatorischen Freiheitsgrad φ₁, φ₂ bzw. φ₃ besitzt. Des Weiteren ist gemäß 3 jedem Knoten 310, 320, 330 die gleiche Masse m zugeordnet, wobei die Knoten 310, 320, 330 mit der gleichen Steifigkeit k verbunden sind.
Das vereinfacht diskretisierte System gemäß 3 zeigt, wie in 4a–c schematisch dargestellt, drei Schwingungsmodi, wobei ein erster Schwingungsmodus die Translation des starren Körpers (4a), ein zweiter Schwingungsmodus die Rotation des starren Körpers (4b) und ein dritter Schwingungsmodus eine erste Biegeschwingung des starren Körpers (4c) ist.
Herkömmlicherweise könnten nun für eine statisch bestimmte Aktuierung zwei Aktuatoren gewählt werden, mittels derer die Starrkörpertranslation und die Starrkörperrotation aktuiert werden können, wozu im konkreten Falle ein Aktuator (zur Aufbringung der Kraft F₁) an dem Knoten 310 und derer andere Aktuator (zur Aufbringung der Kraft F₃) an dem Knoten 330 angeordnet werden kann. Für die Regelung der Translation bzw. Rotation durch einen Regler kann üblicherweise eine Transformationsmatrix T_a verwendet werden, welche eine gewünschte translatorische Kraft f und eine gewünschtes Drehmoment M über diese beiden Aktuatoren erzeugt:
wobei gilt:
Bei Überprüfung, in welcher Weise die Schwingungsmodi des Systems bei einer solchen, statisch bestimmten Aktuierung über die gewählten Aktuatoren und unter Verwendung der o. g. Transformationsmatrix angeregt werden, zeigt es sich nun, dass die Kraft f wie gewünscht die translatorische Starrkörpermode (Mode 1) und das Drehmoment M den rotatorischen Starrkörpermode (Mode 2) anregt, die Kraft f jedoch auch zusätzlich die Biegemode (Mode 3) anregt (da, wie aus (5) ersichtlich ist, die Biegemode (= Mode 3) in der translatorischen Achse sichtbar ist). Folglich ist die besagte Biegemode auch in der Übertragungsfunktion des Regelkreises für die translatorische Bewegung sichtbar und kann gegebenenfalls in unerwünschter Weise zu einer Begrenzung der einstellbaren Bandbreite führen.
Das vorstehend beschriebene Problem kann nun mittels der erfindungsgemäßen Überaktuierung wie folgt behoben werden. Hierzu wird im Ausführungsbeispiel ein zusätzlicher Aktuator vorgesehen, welcher gemäß 3 am Knoten 320 zur Aufbringung der Kraft F₂ angeordnet wird. Zur Erzeugung der Kräfte für Translation und Rotation stehen somit drei Aktuatoren zur Verfügung, so dass gegenüber der vorstehend beschriebenen, statisch bestimmten Aktuierung mit zwei Aktuatoren zusätzliche Freiheit hinsichtlich der Auslegung der Transformationsmatrix Ta gewonnen wird, da diese Transformationsmatrix Ta nun nicht mehr eindeutig bestimmt ist. Zur Ausnutzung der hierdurch zusätzlich gewonnenen Freiheit werden die Elemente der Transformationsmatrix Ta vorzugsweise so gewählt, dass die Kraft f und das Drehmoment M weiterhin nur den entsprechenden (translatorischen bzw. rotatorischen) Starrkörperfreiheitsgrad aktuieren, wobei jedoch die Kraft f die Biegemode nicht mehr anregen kann.
Im konkreten Ausführungsbeispiel kann die Transformationsmatrix Ta wie folgt gewählt werden:
wobei gilt:
Wie aus (7) ersichtlich ist, ist die Biegemode (= Mode 3) in der translatorischen Achse nicht mehr sichtbar.
5 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung von Aufbau und Funktion eines Regelkreises für den Fall eines aktiv deformierbaren Spiegels unter Realisierung des vorstehend erläuterten erfindungsgemäßen Konzeptes der Überaktuierung. Dabei bezeichnen n_R die Anzahl der lagegeregelten Starrkörperfreiheitsgrade und n_A die Anzahl der lagegeregelten Aktuatoren, wobei die Anzahl der Aktuatoren die Anzahl an Freiheitsgraden übersteigt, also n_A > n_R gilt.
Gemäß 5 werden die Sollwerte für die Spiegelposition einem Lageregler 510 zugeführt, welcher für die n_R lagegeregelten Starrkörperfreiheitsgrade eine statische Transformationsmatrix T_a erzeugt. Basierend auf dieser Transformationsmatrix T_a sowie einem Ansteuerungssignal für die Spiegeldeformation werden Aktuatoren 520 zur Aktuierung des Spiegels 530 unter Lagebestimmung mittels der Positionssensoren 540 angesteuert. Die resultierende statische Transformationsmatrix T_a wird wiederum dem Lageregler 510 zugeführt, etc.
6 zeigt ein analoges Diagramm zur Erläuterung eines Regelkreises für den Fall eines aktiv deformierbaren Spiegels unter Realisierung des vorstehend ebenfalls erläuterten erfindungsgemäßen Konzeptes der „Übersensierung”. Dabei bezeichnet n_R die Anzahl der lagegeregelten Starrkörperfreiheitsgrade und n_S die Anzahl der Sensoren, wobei die Anzahl der Sensoren die Anzahl an Freiheitsgraden übersteigt n_S > n_R gilt.
7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei zu 5 analoge bzw. im Wesentlichen funktionsgleiche Komponenten mit um „200” erhöhten Bezugsziffern bezeichnet sind. Dabei bezeichnen wiederum n_R die Anzahl der lagegeregelten Starrkörperfreiheitsgrade und n_A die Anzahl der lagegeregelten Aktuatoren, wobei gilt: n_A > n_R.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel von 7 wird dem Umstand Rechnung getragen, dass die erfindungsgemäß angewandte Überaktuierung zu ungewünschten Deformationen des optischen Elements führen kann. Ursache für diese ungewünschten Deformationen ist, dass der Lageregler i. a. sowohl dynamische als auch geringe statische Kräfte ausübt, um das optische Element stabil auf Position zu halten. Die statischen Kräfte können positions- und zeitabhängig sein. Das überbestimmte Aufbringen der veränderlichen statischen Kräfte auf eine überbestimmte Anzahl von Kraftangriffspunkten (Aktuatoren) kann nun zu ungewünschten Deformationen des optischen Elementes führen.
Dieses Problem lässt sich durch das anhand von 7 beschriebenes Konzept wie folgt lösen: Der Lageregler ist typischerweise ein PID-artiger Regler, d. h. ein Regler, dessen dynamisches Verhalten einen proportionalen (P-Anteil), einen ableitenden bzw. differenzierenden (D-Anteil) und einen integrierenden Anteil (I-Anteil) aufweist. Der I-Anteil erzeugt die statischen Kräfte, wohingegen der P-Anteil und der D-Anteil die dynamischen Kräfte erzeugen. Trennt man nun den I-Anteil vom PD-Anteil und bringt ihn statisch bestimmt auf eine kleinere statisch bestimmte Untermenge (n_R) Aktuatoren auf, werden die statischen Kräfte stets statisch bestimmt an eine statisch bestimmte Anzahl von Kraftangriffspunkten aufgebracht mit dem Ergebnis, dass die vorstehend beschriebenen ungewünschten Deformationen vermieden werden.
8 zeigt in schematischer Darstellung eine für den Betrieb im EUV ausgelegte mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage, in welcher die vorliegende Erfindung beispielsweise realisiert werden kann.
Die Projektionsbelichtungsanlage gemäß 8 weist eine Beleuchtungseinrichtung 6 und ein Projektionsobjektiv 31 auf. Die Beleuchtungseinrichtung 6 umfasst in Lichtausbreitungsrichtung des von einer Lichtquelle 2 ausgesandten Beleuchtungslichtes 3 einen Kollektor 26, einen Spektralfilter 27, einen Feldfacettenspiegel 28 und einen Pupillenfacettenspiegel 29, von welchem das Licht auf ein in einer Objektebene 5 angeordnetes Objektfeld 4 trifft. Das vom Objektfeld 4 ausgehende Licht tritt in das Projektionsobjektiv 31 mit einer Eintrittspupille 30 ein. Das Projektionsobjektiv 31 weist eine Zwischenbildebene 17, eine erste Pupillenebene 16 sowie eine weitere Pupillenebene mit einer darin angeordneten Blende 20 auf. Das Projektionsobjektiv 31 umfasst insgesamt sechs Spiegel M1–M6. Mit M6 ist der bezogen auf den optischen Strahlengang letzte Spiegel bezeichnet, welcher ein Durchtrittsloch 18 aufweist. Mit M5 ist der bezogen auf den optischen Strahlengang vorletzte Spiegel bezeichnet, welcher ein Durchtrittsloch 19 aufweist. Ein von dem in der Objektebene angeordneten Objektfeld 4 bzw. Retikel ausgehendes Strahlenbündel gelangt nach Reflexion an den Spiegeln M1–M6 zur Erzeugung eines Bildes der abzubildenden Struktur des Retikels auf einen in der Bildebene 9 angeordneten Wafer.
Die erfindungsgemäße Anordnung kann zur Positionierung und/oder aktiven Deformation eines oder mehrere Spiegel im Projektionsobjektiv 31 und/oder in der Beleuchtungseinrichtung 6 eingesetzt werden.
Wenn die Erfindung auch anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben wurde, erschließen sich für den Fachmann zahlreiche Variationen und alternative Ausführungsformen, z. B. durch Kombination und/oder Austausch von Merkmalen einzelner Ausführungsformen. Dementsprechend versteht es sich für den Fachmann, dass derartige Variationen und alternative Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung mit umfasst sind, und die Reichweite der Erfindung nur im Sinne der beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalente beschränkt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 6842277 B2 [0006]
US 2007/0284502 A1 [0006]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

„Benefits of overactuation in motion systems”, by M. G. E. Schneiders et al., Proceedings of the 2004 American Control Conference (ACC 2004), Boston (2004) [0006]

Claims

Anordnung zur Aktuierung eines optischen Elementes in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, mit – einer ersten Anzahl (n_R) von Freiheitsgraden, wobei in jedem dieser Freiheitsgrade eine stellbare Kraft auf das optische Element übertragbar ist; und – einer zweiten Anzahl (n_A) von Aktuatoren (111, 112, 113, 114, 211, 212, ...), welche zur Kraftübertragung auf das optische Element (100, 200) jeweils über eine mechanische Ankopplung an das optische Element (100, 200) gekoppelt sind; – wobei die zweite Anzahl (n_A) größer ist als die erste Anzahl (n_R); und – wobei wenigstens einer dieser Aktuatoren (111, 112, 113, 114, 211, 212, ...) in einem Knoten wenigstens einer Eigenschwingungsmode des optischen Elementes (100, 200) angeordnet ist.
Anordnung zur Aktuierung eines optischen Elementes in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, mit – einer ersten Anzahl (n_R) von Freiheitsgraden, wobei in jedem dieser Freiheitsgrade eine stellbare Kraft auf das optische Element übertragbar ist; und – einer zweiten Anzahl (n_A) von Aktuatoren (111, 112, 113, 114, 211, 212, ...), welche zur Kraftübertragung auf das optische Element (100, 200) jeweils über eine mechanische Ankopplung an das optische Element (100, 200) gekoppelt sind; – wobei die zweite Anzahl (n_A) größer ist als die erste Anzahl (n_R); und – wobei die Aktuatoren so angeordnet sind, dass die Aktuierung in den Freiheitsgraden im Wesentlichen orthogonal zu wenigstens einer Eigenschwingungsmode des optischen Elementes (100, 200) ist.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (100, 200) ein Spiegel ist.
Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Spiegel (200) derart konfiguriert ist, dass er zur Kompensation einer unerwünschten Störung in der Projektionsbelichtungsanlage aktiv deformierbar ist.
Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Spiegel (100) ein nicht aktiv deformierbarer Spiegel ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese ferner eine dritte Anzahl (n_S) von Sensorelementen (121, 122, 123, 221, 222, 223) zur Orts- und/oder Lage-Bestimmung des optischen Elementes (100, 200) aufweist.
Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Anzahl (n_S) größer ist als die erste Anzahl (n_R).
Anordnung zur Aktuierung eines optischen Elementes in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, mit – einer ersten Anzahl (n_R) von Freiheitsgraden, wobei in jedem dieser Freiheitsgrade eine regelbare Kraft auf das optische Element (100, 200) übertragbar ist; und – einer dritten Anzahl (n_S) von Sensorelementen (121, 122, 123, 221, 222, 223) zur Orts- und/oder Lage-Bestimmung des optischen Elementes (100, 200); – wobei die dritte Anzahl (n_S) größer ist als die erste Anzahl (n_R).
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Aktuator ein Lorentz-Aktuator ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Anzahl (n_R) von Freiheitsgraden wenigstens drei, insbesondere sechs beträgt.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese zur Aktuierung eines optischen Elementes in einer für EUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage ausgelegt ist.
Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage mit einer Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zum Aktuieren eines optischen Elementes in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, – wobei in einer ersten Anzahl (n_R) von Freiheitsgraden stellbare Kräfte auf das optische Element (100, 200) übertragen werden; – wobei diese Kraftübertragung mittels einer zweiten Anzahl (n_A) von Aktuatoren (111, 112, 113, 114, 211, 212, ...) erfolgt; – wobei die zweite Anzahl (n_A) größer ist als die erste Anzahl (n_R); und – wobei wenigstens einer dieser Aktuatoren (111, 112, 113, 114, 211, 212, ...) in einem Knoten wenigstens einer Eigenschwingungsmode des optischen Elementes (100, 200) angeordnet wird.
Verfahren zum Aktuieren eines optischen Elementes in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, – wobei in einer ersten Anzahl (n_R) von Freiheitsgraden stellbare Kräfte auf das optische Element (100, 200) übertragen werden; – wobei diese Kraftübertragung mittels einer zweiten Anzahl (n_A) von Aktuatoren (111, 112, 113, 114, 211, 212, ...) erfolgt; – wobei die zweite Anzahl (n_A) größer ist als die erste Anzahl (n_R); und – wobei das Aktuieren in den Freiheitsgraden im Wesentlichen orthogonal zu wenigstens einer Eigenschwingungsmode des optischen Elementes (100, 200) ist.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element durch die stellbaren Kräfte aktiv deformiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass durch die stellbaren Kräfte die Position des optischen Elementes manipuliert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer dritten Anzahl (n_S) von Sensorelementen (121, 122, 123, 221, 222, 223) eine Orts- und/oder Lage-Bestimmung des optischen Elementes (100, 200) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Anzahl (n_S) größer ist als die erste Anzahl (n_R).
Verfahren zum Positionieren und/oder aktiven Deformieren eines optischen Elementes in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, – wobei in einer ersten Anzahl (n_R) von Freiheitsgraden eine regelbare Kraft auf das optische Element (100, 200) übertragen wird; und – wobei mittels einer dritten Anzahl (n_S) von Sensorelementen (121, 122, 123, 221, 222, 223) eine Orts- und/oder Lage-Bestimmung des optischen Elementes (100, 200) erfolgt; – wobei die dritte Anzahl (n_S) größer ist als die erste Anzahl (n_R).
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass dieses die Schritte aufweist: – Ermitteln wenigstens eines Abbildungsfehlers in der Projektionsbelichtungsanlage; und – Positionieren und/oder aktives Deformieren des optischen Elementes (100, 200) derart, dass dieser Abbildungsfehler wenigstens teilweise kompensiert wird.