DE102013214242A1

DE102013214242A1 - Spiegelanordnung für ein Beleuchtungssystem einer Lithographie-Belichtungsanlage sowie Verfahren zum Betreiben der Spiegelanordnung

Info

Publication number: DE102013214242A1
Application number: DE201310214242
Authority: DE
Inventors: Alexander Wolf; Markus Schwab; Toralf Gruner; Joachim Hartjes
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2013-07-22
Filing date: 2013-07-22
Publication date: 2014-08-14

Abstract

Eine Spiegelanordnung (10) für ein Beleuchtungssystem einer Lithographie-Belichtungsanlage weist zumindest einen segmentierten Spiegel (12) auf, der eine Mehrzahl an Spiegelsegmenten (14a–14e) aufweist, wobei die Spiegelsegmente (14a–14e) in einer ersten Dimension jeweils eine erste Abmessung (A_x) und in einer zweiten, zur ersten Dimension senkrechten Dimension jeweils eine zweite Abmessung (A_y) aufweisen, wobei die Spiegelsegmente (14a–14e) bezogen auf eine Ebene, die von der ersten und der zweiten Dimension aufgespannt wird, nebeneinander angeordnet sind, wobei Ränder (17, 18) der Spiegelsegmente (14a–14e), die sich in Richtung der zweiten Dimension erstrecken, paarweise einander benachbart sind, und wobei zumindest ein Spiegelsegment (14a–14e) der Mehrzahl an Spiegelsegmenten (14a–14e) um zumindest eine Kippachse (22a–22d) verkippbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Abmessung (A_y) der Spiegelsegmente (14a–14e) um zumindest einen Faktor 10 größer ist als die erste Abmessung (A_x), und dass die zumindest eine Kippachse (22a–22d) parallel zur zweiten Dimension verläuft.

Description

Die Erfindung betrifft eine Spiegelanordnung für ein Beleuchtungssystem einer Lithographie-Belichtungsanlage, mit zumindest einem segmentierten Spiegel, der eine Mehrzahl an Spiegelsegmenten aufweist, wobei die Spiegelsegmente in einer ersten Dimension jeweils eine erste Abmessung und in einer zweiten, zur ersten Dimension senkrechten Dimension jeweils eine zweite Abmessung aufweisen, wobei die Spiegelsegmente bezogen auf eine Ebene, die von der ersten und der zweiten Dimension aufgespannt wird, nebeneinander angeordnet sind, wobei Ränder der Spiegelsegmente, die sich in Richtung der zweiten Dimension erstrecken, paarweise einander benachbart sind, und wobei zumindest ein Spiegelsegment der Mehrzahl an Spiegelsegmenten um zumindest eine Kippachse verkippbar ist.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Spiegelanordnung.
Eine Spiegelanordnung der eingangs genannten Art ist aus DE 10 2010 003 169 A1 bekannt.
Eine Lithographie-Belichtungsanlage dient der Herstellung von fein strukturierten elektronischen Bauelementen. Mittels der Lithographie-Belichtungsanlage wird von einer Strahlungsquelle erzeugte elektromagnetische Strahlung auf ein Retikel gerichtet, das mit feinen Strukturen versehen ist. Das Retikel ist in der Objektebene eines Projektionsobjektivs der Lithographie-Belichtungsanlage angeordnet, wobei die Strukturen des Retikels mittels des Projektionsobjektivs auf einen Wafer abgebildet werden, der üblicherweise ein Halbleitermaterial aufweist, und der in der Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnet ist. Der Wafer ist dabei mit einem strahlungssensitiven Photolack beschichtet, der durch die Strahlung den Strukturen des Retikels entsprechend belichtet und anschließend entwickelt wird.
Das Beleuchtungssystem der Lithographie-Belichtungsanlage hat die Aufgabe, eine gleichmäßige Feldausleuchtung des Retikels bei präziser Auswahl der Beleuchtungsrichtungen bereitzustellen. Nicht nur die Homogenisierung der von einer Strahlungsquelle erzeugten elektromagnetischen Strahlung stellt dabei eine Anforderung an das Beleuchtungssystem dar, sondern es werden in der Regel je nach Art der abzubildenden Strukturen unterschiedliche Beleuchtungsmodi (sogenannte Beleuchtungssettings) benötigt, die durch unterschiedliche örtliche Intensitätsverteilungen der Beleuchtungsstrahlung in einer Pupillenebene des Beleuchtungssystems charakterisiert werden können.
Segmentierte optische Elemente stellen dabei ein wichtiges Hilfsmittel dar, da sie Nutzstrahlung anwendungsabhängig an unterschiedliche Stellen lenken oder mischen können. Während in bisherigen Lithographie-Anwendungen mit Beleuchtungsstrahlung im Wellenlängenbereich von über 150 nm gearbeitet wurde, so dass als segmentierte optische Elemente für die Mischung der Nutzstrahlung oder die Einstellung verschiedener Beleuchtungssettings refraktive optische Elemente eingesetzt werden konnten, beispielsweise Linsenarrays, können als segmentierte optische Elemente in Anwendungsfällen, in denen die Wellenlänge der Beleuchtungsstrahlung wesentlich kürzer ist, beispielsweise im extremen Ultraviolett (EUV) liegt, nur reflektive optische Elemente, d.h. Spiegel verwendet werden. Bisherige segmentierte Spiegel für Beleuchtungssysteme von Lithographie-Belichtungsanlagen waren jedoch lediglich dazu geeignet, unter nahezu senkrechtem Einfall betrieben zu werden, um Abschattungseffekte möglichst gering zu halten.
In dem eingangs genannten Dokument DE 10 2010 003 169 A1 ist ein segmentierter Spiegel als Bestandteil eines Beleuchtungssystems einer Lithographie-Belichtungsanlage für die EUV-Lithographie bekannt, der eine Mehrzahl von Spiegelsegmenten aufweist, die über jeweils zugeordnete Stellelemente aus einer Neutralstellung innerhalb eines vorgegebenen Kippwinkelbereichs in mindestens eine vorgegebene Kippstellung schaltbar sind.
In dem Dokument DE 10 2010 025 222 A1 ist eine steuerbare Spiegelanordnung beschrieben, die mindestens einen Spiegel aufweist, sowie eine mit dem Spiegel gekoppelte Aktuatoranordnung zur steuerbaren Veränderung der Lage des Spiegels.
Aus dem Dokument DE 103 29 141 A1 ist ein Beleuchtungssystem für eine Lithographie-Belichtungsanlage bekannt, die zwei segmentierte Spiegel aufweist, die unter nahezu senkrechtem Einfall betrieben werden.
In dem Dokument DE 10 2006 026 032 B4 ist ein Beleuchtungssystem einer Lithographie-Belichtungsanlage beschrieben, die auch einen segmentierten Spiegel aufweist, wobei dort vorgeschlagen wird, dass dieser segmentierte Spiegel im streifenden Einfall der Beleuchtungsstrahlung betrieben werden kann. Wie ein segmentierter Spiegel ausgeführt sein muss, damit er unter streifendem Einfall betrieben werden kann, ist dort jedoch nicht offenbart.
In US 2010/0284511 A1 ist beschrieben, wie für Spiegel in EUV-Anwendungen die reflektierende Beschichtung in Abhängigkeit des Einfallswinkels der EUV-Strahlung optimiert werden kann, auch unter streifendem Einfall der EUV-Strahlung.
Im Hinblick auf die oben genannten Anforderungen an eine präzise Beleuchtungsformung und Mischung der Beleuchtungsstrahlung als wichtige Funktionalitäten des Beleuchtungssystems ist es wünschenswert, eine Spiegelanordnung zur Verfügung zu haben, die nicht darauf beschränkt ist, unter nahezu senkrechtem Einfall betrieben werden zu müssen.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Spiegelanordnung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass sie eine größere Freiheit hinsichtlich der Strahlauffächerung der Beleuchtungsstrahlung durch einen entsprechenden einstellbaren Kippwinkelbereich des zumindest einen Spiegelsegments und damit eine noch bessere Mischung und größere Freiheit an einstellbaren Beleuchtungssettings ermöglicht.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Spiegelanordnung anzugeben.
Hinsichtlich der eingangs genannten Spiegelanordnung wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe dadurch gelöst, dass die zweite Abmessung der Spiegelsegmente um zumindest einen Faktor 10 größer ist als die erste Abmessung, und dass die zumindest eine Kippachse parallel zur zweiten Dimension verläuft.
Die erfindungsgemäße Spiegelanordnung weist somit zumindest einen segmentierten Spiegel auf, dessen Spiegelsegmente in einer ersten Dimension eine wesentliche kleinere Abmessung (Breite) aufweisen als in einer dazu senkrechten zweiten Dimension (Länge). Der segmentierte Spiegel weist mit anderen Worten ein Array von Spiegelsegmenten auf, deren Längen-Breiten-Verhältnis größer oder gleich 10, vorzugsweise größer gleich 50, weiter vorzugsweise größer gleich 100 ist. Die somit nahezu "eindimensionalen" Spiegelsegmente erlauben es, den zumindest einen segmentierten Spiegel unter streifendem Einfall zu betreiben, ohne dass es über einen großen Kippwinkelbereich des zumindest einen kippbaren Spiegelsegments zu nennenswerten Abschattungseffekten und damit zu Nutzstrahlungsverlusten kommt. Der maximal mögliche Kippwinkelbereich wird dabei vom Einfallswinkel der einfallenden Strahlung abhängen. Allgemein gilt jedoch, dass mit zunehmendem Einfallswinkel auch der maximal mögliche Kippwinkel, der noch nicht zu einer Abschattung des reflektierten Nutzstrahls führt, zunimmt. Bisherige Spiegelanordnungen, deren segmentierten Spiegel unter nahezu senkrechtem Einfall betrieben werden mussten, erlauben entsprechend nur einen geringen Kippwinkelbereich einzelner Spiegelsegmente, da bei größeren Kippwinkeln der reflektierte Nutzstrahl entgegen der Ausbreitungsrichtung des Nutzstrahls rückläufig reflektiert und von einem benachbarten Spiegelsegment abgeschattet wird. Der bei der erfindungsgemäßen Spiegelanordnung mögliche größere Winkelbereich der Verkippung des zumindest einen Spiegelsegments hat jedoch den Vorteil, dass ein wesentlich größerer nutzbarer Bereich von Winkeln der reflektierten Nutzstrahlung und damit ein größerer Bereich der Auffächerung der Nutzstrahlung im Sinne einer besseren Mischung der Nutzstrahlung und einer größeren Flexibilität bei der Einstellung verschiedener Beleuchtungssettings erzielt werden kann.
Eine erfindungsgemäße Spiegelanordnung mit zumindest einem segmentierten Spiegel, der nicht der Restriktion unterliegt, nur bei nahezu senkrechtem Einfall betrieben werden zu können, ermöglicht somit eine größere Freiheit hinsichtlich der Strahlauffächerung der Beleuchtungsstrahlung durch einen entsprechenden einstellbaren Kippwinkelbereich des zumindest einen Spiegelsegments und damit eine noch bessere Mischung und größere Freiheit an einstellbaren Beleuchtungssettings.
Vorzugsweise ist eine Spiegelfläche eines jeweiligen Spiegelsegments in Richtung der zweiten Dimension über die Erstreckung des Spiegels in der zweiten Dimension ununterbrochen.
In dieser Ausgestaltung ist der segmentierte Spiegel ausschließlich in der ersten Dimension segmentiert, während er in der zweiten Dimension, d.h. in Richtung der langen Abmessung der Spiegelsegmente nicht segmentiert ist. Ein Vorteil hierbei ist, dass sich für den einfallenden Nutzstrahl unabhängig vom Auftreffpunkt entlang der zweiten Dimension gleiche Reflexionsverhältnisse ergeben. Außerdem besteht ein weiterer Vorteil darin, dass nahezu kein Verlust an Nutzstrahlung auftritt.
Vorzugsweise sind zwei oder mehrere oder alle Spiegelsegmente des segmentierten Spiegels um jeweils zumindest eine Kippachse verkippbar, wobei die jeweilige zumindest eine Kippachse parallel zur zweiten Dimension verläuft.
Durch diese Maßnahme kann die Mischung der Beleuchtungsstrahlung weiter verbessert werden, und/oder die Anzahl an einstellbaren Beleuchtungssettings kann auf diese Weise erhöht werden.
Dabei können die Spiegelsegmente unabhängig voneinander verkippbar sein, was die Zahl an Freiheitsgraden der Reflexion der einfallenden Nutzstrahlung weiter erhöht, oder die Spiegelsegmente können gemeinsam verkippbar sein, was den Vorteil einer einfacheren Aktuatorik zum Verkippen der Spiegelsegmente hat.
Vorzugsweise beträgt ein maximaler Kippwinkel einer Verkippung des zumindest einen Spiegelsegments um die zumindest eine Kippachse, bezogen auf eine unverkippte Stellung des zumindest einen Spiegelsegments, in der das zumindest eine Spiegelsegment parallel zu der Ebene angeordnet ist, die durch die erste und zweite Dimension aufgespannt wird, zumindest 60°, weiter vorzugsweise zumindest 70°, ohne dass eine Abschattung von unter einem Einfallswinkel von zumindest 60°, weiter vorzugsweise von zumindest 70°, auf das zumindest eine Spiegelsegment einfallender und von dem zumindest einen Spiegelsegment reflektierter Nutzstrahlung durch ein benachbartes Spiegelsegment auftritt, wenn das zumindest eine Spiegelsegment um den maximalen Kippwinkel verkippt ist.
In dieser Ausgestaltung wird vorteilhafterweise ein sehr großer Kippwinkelbereich des zumindest einen verkippbaren Spiegelsegments erreicht, so dass unter streifendem Einfall einfallende Nutzstrahlung je nach eingestelltem Kippwinkel in einem entsprechend großen Winkelbereich reflektiert werden kann, ohne dass die reflektierte Nutzstrahlung abgeschattet wird. Diese Ausgestaltung erlaubt somit eine besonders große Auffächerung der Nutzstrahlung, weil das zumindest eine Spiegelsegment über einen großen Winkelbereich verkippt werden kann, ohne dass Abschattung auftritt.
Vorzugsweise ist die zumindest eine Kippachse an einem Rand des zumindest einen Spiegelsegments angeordnet, der sich in Richtung der zweiten Dimension erstreckt und das Ende des zumindest einen Spiegelsegmentes, bezogen auf die erste Dimension, darstellt.
Diese Maßnahme trägt weiterhin dazu bei, dass Abschattungseffekte über einen möglichst großen Kippwinkelbereich des zumindest einen Spiegelsegments zumindest verringert oder gar vermieden werden.
Abschattungseffekte werden bei der Verkippung des zumindest einen Spiegelsegments über einen möglichst großen Kippbereich weiter verringert, wenn das zumindest eine Spiegelsegment aus der durch die ersten und zweite Dimension aufgespannten Ebene in einer Richtung verkippbar ist, die im Betrieb der Spiegelanordnung von einer einfallenden Nutzstrahlung weg weist.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Spiegelanordnung zumindest einen zweiten, dem zumindest einen segmentierten Spiegel nachgeordneten segmentierten Spiegel auf, der eine Mehrzahl an zweiten Spiegelsegmenten aufweist, wobei zumindest ein zweites Spiegelsegment der Mehrzahl an zweiten Spiegelsegmenten um zumindest eine zweite Kippachse verkippbar ist, wobei die zweiten Spiegelsegmente in einer ersten Dimension jeweils eine erste Abmessung und in einer zweiten, zur ersten Dimension senkrechten Dimension jeweils eine zweite Abmessung aufweisen, wobei die zweite Abmessung um zumindest einen Faktor 10 größer ist als die erste Abmessung, vorzugsweise um zumindest einen Faktor 50 größer ist als die erste Abmessung, weiter vorzugsweise um zumindest einen Faktor 100 größer ist als die erste Abmessung, wobei die zumindest eine zweite Kippachse parallel zur zweiten Dimension verläuft.
In dieser Ausgestaltung weist die Spiegelanordnung zumindest zwei segmentierte Spiegel auf, deren Array aus Spiegelsegmenten jeweils "eindimensional" ausgebildet ist, und die entsprechend unter streifendem Einfall mit einem großen Kippwinkelbereich der einzelnen Spiegelsegmente abschattungsfrei betrieben werden können.
In diesem Zusammenhang ist es bevorzugt, wenn die zumindest eine zweite Kippachse des zumindest einen zweiten Spiegelsegmentes des zweiten segmentierten Spiegels mit der Kippachse des zumindest einen Spiegelsegments des zumindest einen segmentierten Spiegels einen Winkel von ungleich 0° bildet.
Vor dem Hintergrund, dass der Kippwinkelbereich der Verkippung des zumindest einen Spiegelsegments maximal ist, wenn der Nutzstrahl senkrecht zur Kippachse auf das zumindest eine Spiegelsegment einfällt, hat diese Maßnahme den Vorteil, dass die Beleuchtungsstrahlung in mehr als nur einer Raumrichtung mit einem großen Winkelspektrum aufgefächert werden kann. Mit anderen Worten können durch den zweiten segmentierten Spiegel Raumwinkel für den reflektierten Nutzstrahl erreicht werden, die mit nur einem segmentierten Spiegel aufgrund von Beschränkungen aufgrund von Abschattung nicht erreichbar wären. Bereits zwei aufeinanderfolgende segmentierte Spiegel reichen aus, um beliebige Raumwinkelbereiche zu erreichen, wobei der zweifach reflektierte Nutzstrahl beliebig zum ursprünglichen auf den ersten segmentierten Spiegel einfallenden Nutzstrahl positioniert werden kann, d.h. auch überlappend. Zwei segmentierte Spiegel führen somit eine weiter erhöhte Flexibilität in das Beleuchtungssystem einer Lithographie-Belichtungsanlage ein.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist dem zumindest einen segmentierten Spiegel ein erster planer Spiegel vorgeordnet und ein zweiter planer Spiegel nachgeordnet, wobei der erste und der zweite plane Spiegel parallel zueinander angeordnet sind.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die Nutzstrahlung mittels der zwei planen Spiegel, zwischen denen der zumindest eine segmentierte Spiegel angeordnet ist, aus ihrer Hauptstrahlrichtung herausreflektiert werden kann.
Es versteht sich, dass im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Spiegelsegmente des zumindest einen segmentierten Spiegels plan, aber auch konkav oder konvex gekrümmt sein können.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Spiegelanordnung gemäß einer oder mehreren der vorstehend genannten Ausgestaltungen wird der zumindest eine segmentierte Spiegel mit Nutzstrahlung unter einem Einfallswinkel von zumindest 60° beaufschlagt.
Vorzugsweise wird der zumindest eine segmentierte Spiegel mit Nutzstrahlung unter einem Einfallswinkel von zumindest 70° beaufschlagt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird somit der zumindest eine segmentierte Spiegel unter streifendem Einfall betrieben, wobei die erfindungsgemäße Spiegelanordnung selbst dann, wenn das zumindest eine Spiegelsegment des zumindest einen segmentierten Spiegels über einen großen Kippwinkelbereich verkippt wird, Abschattungseffekte soweit wie möglich vermieden werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens fällt die Nutzstrahlung etwa senkrecht zur zumindest einen Kippachse des zumindest einen Spiegelsegments auf den zumindest einen segmentierten Spiegel ein.
Der zumindest eine segmentierte Spiegel ist demnach bezüglich der einfallenden Nutzstrahlung so orientiert, dass die zumindest eine Kippachse des zumindest einen Spiegelsegments senkrecht zur einfallenden Nutzstrahlung bzw. deren Projektion in die von der ersten und zweiten Dimension aufgespannten Ebene verläuft. Wenn die Nutzstrahlung etwa senkrecht zur zumindest einen Kippachse des zumindest einen Spiegelsegments auf den zumindest einen segmentierten Spiegel einfällt, ist der erlaubte Kippwinkelbereich, in dem keine oder zumindest keinen nennenswerte Abschattung der reflektierten Nutzstrahlung bewirkt, maximal.
Vorzugsweise wird das zumindest eine Spiegelsegment um einen Kippwinkel um die zumindest eine Kippachse verkippt, der in einem Bereich von 0° bis zum Einfallswinkel der Nutzstrahlung auf dem segmentierten Spiegel liegt. Der Grenzwinkel des Kippwinkelbereichs, bei dem keine oder keine nennenswerte Abschattung der reflektierten Nutzstrahlung auftritt, ist dann erreicht, wenn die einfallende Nutzstrahlung in sich selbst reflektiert wird. Wenn die Nutzstrahlung streifend einfällt, beispielsweise unter einem Einfallswinkel von 70°, bedeutet dies, dass das zumindest eine Spiegelsegment um bis zu 70° aus seinem unverkippten Zustand (0°) verkippt werden kann, wenn die Nutzstrahlung bzw. deren Projektion in die von der ersten und zweiten Dimension aufgespannten Ebene etwa senkrecht zur Kippachse des zumindest einen Spiegelsegments einfällt.
Vorzugsweise wird das zumindest eine Spiegelsegment von der einfallenden Nutzstrahlung weg weisend um die zumindest eine Kippachse verkippt.
Auch diese Maßnahme trägt zur Vermeidung oder zumindest zur Verringerung von Abschattungseffekten bei.
Im Zusammenhang mit einer der vorstehend genannten Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Spiegelanordnung, wonach diese zumindest zwei segmentierte Spiegel aufweist, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die von dem zumindest einen segmentierten Spiegel reflektierte Nutzstrahlung auf den zumindest einen zweiten segmentierten Spiegel gerichtet, wobei die Nutzstrahlung auf den zumindest einen zweiten segmentierten Spiegel unter einem Einfallswinkel von zumindest 60°, weiter vorzugsweise von zumindest 70° einfällt.
Bei dieser Ausgestaltung des Verfahrens werden somit zumindest zwei segmentierte Spiegel der Spiegelanordnung unter streifendem Einfall betrieben, wodurch die bereits oben genannten Vorteile noch besser erreicht werden.
Im Zusammenhang mit einer der vorstehend genannten Ausgestaltungen, wonach der zumindest eine Spiegel zwischen zwei planen Spiegeln angeordnet ist, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das Nutzlicht zunächst auf den ersten planen Spiegel gerichtet, von diesem auf den zumindest einen segmentierten Spiegel gerichtet und von diesem auf den zweiten planen Spiegel gerichtet.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden mit Bezug auf diese hiernach näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine Spiegelanordnung mit einem segmentierten Spiegel sowie auf den segmentierten Spiegel einfallende und von diesem reflektierte Nutzstrahlung in schematischer perspektivischer Darstellung;
2 die Spiegelanordnung in 1 in Seitenansicht mit einfallender und reflektierter Nutzstrahlung;
3a) und b) Prinzipdarstellungen zur Erläuterung der Wirkung einer Verkippung eines Spiegelsegments auf die Reflexion von Nutzstrahlung, wobei 3a) drei unter verschiedenen Einfallswinkeln auf ein verkipptes Spiegelsegment einfallende Einzelstrahlen zeigt, und 3b) die Ab- hängigkeit des Ausfallwinkels eines Einzelstrahls vom Kippwinkel eines Spiegelsegments veranschaulicht;
4 ein Phasenraumbild zur Erläuterung der Reflexionsverhältnisse an dem segmentierten Spiegel in 1 bei zweidimensionaler Betrachtung;
5 zwei Phasenraumbilder zur Veranschaulichung der Reflexionsverhältnisse bei zweidimensionaler Betrachtung, wenn die Spiegelanordnung zwei segmentierte Spiegel aufweist, an denen Nutzstrahlung nacheinander reflektiert wird;
6 eine Spiegelanordnung mit einem segmentierten Spiegel, der zwischen zwei planen Spiegeln angeordnet ist, in Seitenansicht;
7 schematisch eine Aktuatorik zum Verkippen eines Spiegelsegments eines segmentierten Spiegels;
8 eine Einzelheit der Aktuatorik in 7 in Alleinstellung und in gegenüber 7 vergrößertem Maßstab; und
9 eine Einzelheit der Aktuatorik in 7 als alternatives Ausführungsbeispiel zu der Einzelheit in 8, ebenfalls in vergrößertem Maßstab.
In 1 ist eine mit dem allgemeinen Bezugszeichen 10 versehene Spiegelanordnung dargestellt. Die Spiegelanordnung 10 kann in einem Beleuchtungssystem einer Lithographie-Belichtungsanlage verwendet werden.
Die Spiegelanordnung 10 weist einen segmentierten Spiegel 12 auf, der eine Mehrzahl an Spiegelsegmenten 14a, 14b, 14c aufweist. Der segmentierte Spiegel weist jedoch nicht nur wie gezeigt drei Spiegelsegmente auf, sondern der segmentierte Spiegel 12 kann insgesamt bspw. mehr als 100 Spiegelsegmente aufweisen, was in 1 dadurch veranschaulicht ist, dass Spiegelsegmente 14d und 14e mit unterbrochenen Linien angedeutet sind.
In 1 ist zum besseren Verständnis der nachfolgenden Erläuterungen ein kartesisches Koordinatensystem 16 mit einer x-Achse, einer y-Achse und einer z-Achse eingezeichnet. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit bezeichnet nachfolgend die x-Achse eine erste Dimension, die y-Achse eine zu der ersten Dimension senkrechte zweite Dimension, wobei die erste Dimension und die zweite Dimension eine Ebene aufspannen (xy-Ebene), und wobei die z-Achse senkrecht auf der xy-Ebene steht.
Jedes der Spiegelsegmente 14a–14e weist in der ersten Dimension eine erste Abmessung A_x und in der zweiten Dimension eine zweite Abmessung A_y auf. Die zweite Abmessung A_y ist dabei um zumindest einen Faktor 10 größer als die erste Abmessung A_x. Die zweite Abmessung A_y kann sogar um zumindest einen Faktor 50 oder gar um zumindest einen Faktor 100 größer sein als die erste Abmessung A_x.
Die erste Abmessung A_x kann dabei wesentlich kleiner sein als in der Darstellung in 1. Beispielsweise kann die erste Abmessung A_x im Submillimeterbereich liegen.
Die einzelnen Spiegelsegmente 14a–14e sind, bezogen auf die xy-Ebene, nebeneinander angeordnet, so dass Ränder der Spiegelsegmente 14a–14e, die sich in Richtung der zweiten Dimension (y-Achse) erstrecken, paarweise einander benachbart sind. In 1 ist dies für einen Rand 17 des Spiegelsegments 14b und einen zu dem Rand 17 benachbarten Rand 18 des Spiegelsegments 14c veranschaulicht.
Jedes Spiegelsegment 14a bis 14e weist eine Spiegelfläche auf, wie für eine Spiegelfläche 20 des Spiegelsegments 14a in 1 gezeigt ist.
Die jeweilige Spiegelfläche 20 des jeweiligen Spiegelsegments 14a–14e ist in Richtung der zweiten Dimension (y-Achse) durchgehend über die Erstreckung des Spiegels 12 in der zweiten Dimension ausgebildet, d.h. ununterbrochen. Der Siegel 12 ist auf diese Weise nur in Richtung der ersten Dimension (x-Achse) segmentiert bzw. parzelliert, während er in Richtung der zweiten Dimension (y-Achse) nicht segmentiert ist.
Die jeweilige Spiegelfläche 20 der Spiegelsegmente 14a bis 14e kann plan sein, jedoch auch konvex oder konkav gewölbt.
Zumindest eines der Spiegelsegmente 14a–14e ist um zumindest eine Kippachse verkippbar. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weisen alle Spiegelsegmente 14a–14e eine jeweilige Kippachse 22a, 22b, 22c, 22d auf. 1 zeigt die Spiegelsegmente 14a–14e im unverkippten Zustand, d.h. die jeweilige Flächennormale des jeweiligen Spiegelsegments 14a–14e weist in Richtung der z-Achse.
Die Kippachsen 22a–22d erstrecken sich in Richtung der zweiten Dimension (y-Achse).
Je nach Anwendung des Spiegels 12 können auch weniger als alle Spiegelsegmente 14a–14e mit einer entsprechenden Kippachse versehen sein.
Des Weiteren ist es möglich, dass die Spiegelsegmente 14a–14e unabhängig voneinander verkippbar sind, wie in 2 dargestellt ist, oder diejenigen Spiegelsegmente 14a–14e, die mit einer Kippachse 22a–22d versehen sind, können gemeinsam, d.h. synchron verkippt werden.
In 1 ist beispielhaft ein Nutzstrahlaperturkegel 24 eingezeichnet, der Nutzstrahlung beispielsweise im EUV-Spektralbereich enthält. Der Nutzstrahlaperturkegel 24 trifft dabei beispielhaft auf das Spiegelsegment 14b an einem Auftreffort 26 auf, und wird von der Spiegelfläche 20 des Spiegelsegments 14b als ausfallender Nutzstrahlaperturkegel 28 reflektiert.
In Lichtausbreitungsrichtung vom einfallenden Nutzstrahlaperturkegel 24 zum ausfallenden Nutzstrahlaperturkegel 28 gesehen, befinden sich die jeweiligen Kippachsen 22a–22d jeweils an einem Rand des jeweiligen Spiegelsegments 14a–14e, der sich in Richtung der zweiten Dimension (y-Achse) erstreckt und das Ende des zumindest einen Spiegelsegments 14a–14e, bezogen auf die erste Dimension (x-Achse), darstellt. Für das Spiegelsegment 14b ist dies der Rand 17 in 1.
In 2 sind die Spiegelsegmente 14a und 14c aus ihrer unverkippten Stellung nach unten verkippt, während die Spiegelsegmente 14b und 14e in ihrer unverkippten Stellung gezeigt sind.
Allgemein gilt, dass die Spiegelsegmente 14a–14e aus der durch die erste und die zweite Dimension aufgespannten xy-Ebene in einer Richtung verkippbar ist, die im Betrieb der Spiegelanordnung 10 von der einfallenden Nutzstrahlung weg weist, wie in 2 gezeigt ist.
In 2 sind zueinander parallele einfallende Einzelnutzstrahlen 30, 32, 34, 36 beispielhaft eingezeichnet. Der jeweilige an dem jeweiligen Spiegelsegment 14a, 14b, 14c, 14e reflektierte Nutzstrahl ist in 2 mit dem Bezugszeichen 38, 40, 42 bzw. 44 versehen. Es ergibt sich, dass die reflektierten Nutzstrahlen 38 und 42 aufgrund der Verkippung der Spiegelsegmente 14a und 14c in ihrer Richtung von den reflektierten Nutzstrahlen 40 und 44, die an den unverkippten Spiegelsegmenten 14b und 14e reflektiert wurden, deutlich abweichen, ohne dass sie durch benachbarte Spiegelsegmente abgeschattet werden.
Um eine Verkippung der Spiegelsegmente 14a und 14e entgegen der Richtung der Strahlungsausbreitung zu ermöglichen, müssen die Spiegelsegmente 14a und 14e so geformt sein, dass das jeweils benachbarte Spiegelsegment 14a–14e darunter abgleiten kann. Beispielsweise kann eine hohle Ausformung der Spiegelsegmente 14a–14e unter ihrer Spiegelfläche 20 eine solche Bewegungsfreiheit ermöglichen.
Bereits anhand 2 ergibt sich, dass der segmentierte Spiegel 12 insbesondere unter streifendem Einfall von Nutzstrahlung betrieben werden kann, was durch die "Eindimensionalität" der Spiegelsegmente 14a–14e und die Orientierung der jeweiligen Kippachse 22a–22d in Richtung der großen Abmessung (zweite Dimension) ermöglicht wird. Mit Bezug auf 3a), b) und 4 wird dies nachstehend weiter erläutert.
In 3a) ist das Spiegelsegment 14b verkippt dargestellt, während das benachbarte Spiegelsegment 14a unverkippt ist.
In 3a) sind weiterhin drei einfallende Repräsentanten von Nutzstrahlaperturkegeln oder Einzelnutzstrahlen 46, 48, 50 dargestellt, die auf das Spiegelsegment 14b einfallen.
Der unter großem Einfallswinkel, d.h. streifend einfallende Repräsentant 46 fällt als ausfallender Nutzstrahl 52 von dem Spiegelsegment 14b in den freien Bereich aus, d.h. dieser reflektierte Nutzstrahl 52 kann abschattungsfrei propagieren.
Der Repräsentant 48 fällt unter kleinerem Einfallswinkel als der Repräsentant 46 auf das Spiegelsegment 14b ein, und zwar fällt er senkrecht auf das Spiegelsegment 14b ein, so dass der ausfallende Nutzstrahl 54 mit dem einfallenden Repräsentant 48 zusammenfällt. Der Repräsentant 48 wird somit in sich reflektiert.
Der Repräsentant 50 fällt unter noch kleinerem Einfallswinkel auf das Spiegelsegment 14b ein, und der entsprechende ausfallende Nutzstrahl 56 wird entgegen der Hauptausbreitungsrichtung der Nutzstrahlung zurückreflektiert und kann wegen der Abschattung durch das benachbarte Spiegelsegment 14a nicht weiter propagieren.
Der Repräsentant 48 stellt somit den Grenzfall für den Einfallswinkel eines Nutzstrahls dar, der bei dem gezeigten Kippwinkel des Spiegelsegments 14b gerade noch abschattungsfrei reflektiert wird. Jeder einfallende Nutzstrahl, der unter einem kleineren Einfallswinkel als der Repräsentant 48 auf das verkippte Spiegelsegment 14b einfällt, wird somit nach Reflexion abgeschattet.
In 3b) sind die diesbezüglichen Parameter dargestellt. γ bezeichnet dabei den Kippwinkel des Spiegelsegments 14b, ν den Einfallswinkel eines Nutzstrahls 58 bezogen auf die Flächennormale 60 des unverkippten Spiegelsegments 14b, ν' bezeichnet den Ausfallwinkel des reflektierten Nutzstrahls 62 bei unverkipptem Spiegelsegment 14b, ebenfalls bezogen auf die Flächennormale 60, und ν'' bezeichnet den Ausfallwinkel des reflektierten Nutzstrahls 64 bei um den Kippwinkel γ verkippten Spiegelsegment 14b, ebenfalls wiederum bezogen auf die Flächennormale 60 des unverkippten Spiegelsegments 14b.
Für den Ausfallwinkel ν'' gilt: ν'' = ν – 2γ.
Der Ausfallwinkel ν'' ändert sich somit doppelt so stark wie der Kippwinkel γ. Gerade wenn der Kippwinkel γ mit dem Einfallwinkel ν_min des am steilsten einfallenden Nutzstrahls der genutzten Apertur übereinstimmt, wird der Grenzfall erreicht, dass eben dieser Nutzstrahl in sich selbst reflektiert wird. Damit ist der Winkel ν_min gerade der maximale Kippwinkel γ_max, bei dem noch keine Abschattung auftritt. Mit anderen Worten bestimmt der kleinste auftretende Einfallswinkel ν_min den maximal erlaubbaren Kippwinkel γ_max, bei dem ein unter dem Winkel ν_min einfallender Nutzstrahl gerade noch abschattungsfrei reflektiert wird. Wenn also ν'' = –ν_min, d.h. der Nutzstrahl in sich selbst reflektiert wird, gilt γ_max = ν_min.
Die vorstehenden Überlegungen sind der Einfachheit davon ausgegangen, dass die einfallenden Nutzstrahlen sich nur in Richtung der ersten Dimension (x-Achse) ausbreiten, d.h. keine Ausbreitungsrichtungskomponente in Richtung der zweiten Dimension (y-Achse) aufweisen. Mit Bezug auf 4 wird nun der allgemeinere Fall betrachtet, dass die einfallende Nutzstrahlung nicht nur eine Ausbreitungsrichtungskomponente in der ersten Dimension (x-Achse), sondern auch in der zweiten Dimension (y-Achse) aufweist.
4 ist eine Phasenraumdarstellung, bei der Winkel und Raumrichtungen in der ersten Dimension (x-Achse) und der zweiten Dimension (y-Achse) in die entsprechenden Richtungssinuswerte sin k_x (x-Achse) und sin k_y (y-Achse) transformiert wurden. k_x ist dabei die Komponente des Wellenvektors k eines einfallenden oder reflektierten Nutzlichtstrahls in Richtung der x-Achse, und k_y entsprechend die Komponente des Wellenvektors k in Richtung der y-Achse. Die y-Achse im Winkelraum entspricht der sin k_y-Achse im Phasenraum, die x-Achse entspricht der sin k_x-Achse. O bezeichnet den Ursprung des Phasenraums, und ein äußerer Kreis 70 repräsentiert die Grenze des Phasenraums. Die Grenze des Phasenraums ist durch die Gesamtheit der Punkte repräsentiert, die im Phasenraum den Wert 1 aufweisen, entsprechend einem Wert von 90° im Winkelraum.
In 4 ist nun der Fall dargestellt, dass ein einfallender Nutzstrahlaperturkegel 72 eine Orientierung in Bezug auf die Spiegelsegmente 14a–14e aufweist, die sowohl eine Komponente in Richtung der ersten Dimension (x-Achse) als auch eine Komponente in Richtung der zweiten Dimension (y-Achse) aufweist. Eine solche "zweidimensionale" Orientierung ist in 1 anhand des einfallenden Nutzstrahlaperturkegels 24 veranschaulicht. Entsprechend seiner Orientierung mit einer Komponente sowohl in Richtung der x- als auch in Richtung der y-Achse liegt der Nutzstrahlaperturkegel 72 in 4 nicht auf der sin k_x-Achse, sondern im Abstand von dieser.
Die Reflexion des einfallenden Nutzstrahlaperturkegels 72 an beispielsweise dem Spiegelsegment 14b in 1 entspricht im Phasenraum gemäß 4 einer Punktspiegelung des Nutzstrahlaperturkegels 72 am Ursprung O, wenn das Spiegelsegment 14b im unverkippten Zustand ist, d.h. die Flächennormale des Spiegelsegments 14b parallel zur z-Achse steht. Hier gilt Einfallswinkel gleich Ausfallswinkel. Ein Kreis 74 in 4 stellt den reflektierten Nutzstrahlaperturkegel in diesem Fall dar.
Wird nun das Spiegelsegment 14b entsprechend den Darstellungen in 2 und 3a) um die Kippachse 22b, die parallel zur zweiten Dimension (y-Achse) verläuft, verkippt, wandert das Zentrum der Punktspiegelung entlang der sin k_x-Achse. Ein Kreis 76 stellt, wiederum ausgehend von dem einfallenden Nutzstrahlaperturkegel 72, den reflektierten Nutzstrahlaperturkegel dar, wenn die Reflexion an dem um einen Kippwinkel 0° < γ < γ_max verkippten Spiegelsegment 14b erfolgt. Das Zentrum der entsprechenden Punktspiegelung im Phasenraum ist in 4 mit O' bezeichnet.
Mit zunehmendem Kippwinkel γ des Spiegelsegments 14b wandert das Zentrum der Punktspiegelung im Phasenraum gemäß 4 weiter entlang der sin k_x-Achse nach links. Ein Kreis 78 stellt, wiederum ausgehend von dem einfallenden Nutzstrahlaperturkegel 72, den an dem um einen Kippwinkel γ > γ_max verkippten Spiegelsegment 14b reflektierten Nutzstrahlaperturkegel dar. In diesem Fall ist der reflektierte Nutzstrahlaperturkegel 78 vignettiert, d.h. ein Teil des Nutzstrahlaperturkegels 78 ist abgeschattet, wobei der abgeschattete Teil 80 in 4 schraffiert dargestellt ist. Der maximale Kippwinkel γ_max ist für den Einfallswinkel des Nutzstrahlaperturkegels 72 somit überschritten. O'' ist das zugehörige Zentrum der entsprechenden Punktspiegelung im Phasenraum.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass im Fall, dass die Spiegelsegmente 14a–14e um die x-Achse verkippbar sind, das Zentrum der Punktspiegelung entsprechend entlang der sin k_y-Achse vom Zentrum O des Phasenraums mit zunehmendem Kippwinkel wegwandern würde.
Weiterhin sei an dieser Stelle angemerkt, dass eine im Winkelraum kreisförmige Nutzstrahlapertur im Phasenraum gemäß 4 aufgrund des nicht linearen Zusammenhangs der Transformation im Phasenraum elliptisch anstatt wie dargestellt kreisförmig ist und umgekehrt, wobei jedoch aus Gründen der Vereinfachung die Nutzstrahlaperturkegel 72, 74, 76 und 78 in 4 kreisförmig dargestellt sind.
Für den Fall der vorherigen Betrachtung in 3a), bei der die Nutzstrahlung lediglich eine Ausbreitungsrichtungskomponente in Richtung der x-Achse, nicht jedoch in Richtung der y-Achse aufweist, lägen die Kreise gemäß dem Nutzstrahlaperturkegel 72 und die Kreise 74, 76 und 78 allesamt auf der sin k_x-Achse.
Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, dass die Spiegelsegmente 14a–14e prinzipiell um eine beliebige Kippachse senkrecht zu ihrer Flächennormalen gekippt werden können. Für jede Kippachse muss aber betrachtet werden, wie der einfallende Nutzstrahlaperturkegel relativ zu dieser Kippachse liegt. Unter der Annahme, dass ein Nutzstrahlaperturkegel streifend, beispielsweise unter einem Einfallswinkel im Bereich zwischen 75° und 85° zur Ebene, die aus der Kippachse 22b und der Flächennormale des Spiegelsegments 14b im unverkippten Zustand gebildet wird, auf das Spiegelsegment 14b einfällt, lässt sich das Spiegelsegment dann um bis zu 75° um die Kippachse 22b kippen, ohne dass Nutzstrahlungsverlust, d.h. Abschattung auftritt.
Im Gegensatz dazu wird typischerweise der Nutzstrahlaperturkegel mehr oder minder symmetrisch um die dazu senkrechte Ebene liegen, die aus der Flächennormalen des unverkippten Spiegelsegments 14b sowie einer zur Kippachse 12b senkrechten Achse gebildet wird. Dann ist der minimale Einfallswinkel ν_min bezüglich dieser letzteren Ebene 0, gleiches gilt für den maximalen Kippwinkel um eine Kippachse parallel zur x-Achse. Mit anderen Worten würde jegliche Verkippung um die x-Achse zu Nutzstrahlungsverlust führen.
Für einen typischen Nutzstrahlaperturkegel mit kreisförmigem Umfang gibt es somit eine Kippachse mit maximalem Kippwinkel. Entfernt sich der einfallende Nutzstrahlaperturkegel allmählich von dieser Kippachse (hier die y-Achse) in Richtung der zu ihr senkrechten Achse (hier die x-Achse), so wird der erlaubbare Kippbereich um die Kippachse 22b (parallel zur y-Achse) eingeschränkt, bis schließlich noch vor Erreichen der dazu senkrechten x-Achse keine Verkippung mehr um die Kippachse 22b möglich ist, ohne dass Abschattung auftritt. Je breiter die Apertur des Nutzstrahlaperturkegels ist, desto früher wird diese Situation erreicht.
Vorzugsweise wird daher der segmentierte Spiegel 12 und werden damit die Kippachsen 22a–22d so in Bezug auf die einfallende Nutzstrahlung orientiert, dass die Nutzstrahlung bzw. deren Projektion in die xy-Ebene senkrecht zu der jeweiligen Kippachse 22a–22d einfällt. Für den einfallenden Nutzstrahlaperturkegel 72 in 4 ist die optimale Orientierung der Kippachse, die einen maximalen Kippwinkel in Abhängigkeit des Einfallswinkels des Nutzstrahlaperturkegels 72 erlaubt, als unterbrochene Linie 82 eingezeichnet.
Um Winkelbereiche der Reflexion von einfallender Nutzstrahlung zu erreichen, die aufgrund von Abschattungseffekten nicht erreichbar sind, wird des Weiteren vorgeschlagen, dass die Spiegelanordnung 10 nicht nur den segmentierten Spiegel 12, sondern zumindest einen weiteren segmentierten Spiegel aufweist, dessen Spiegelsegmente und deren Kippachsen zu den Spiegelsegmenten und deren Kippachsen unter einem Winkel von ≠ 0° orientiert sind. Dies wird mit Bezug auf 5 nachstehend erläutert.
5 zeigt die Reflexion von Nutzstrahlung im Phasenraumbild zunächst an dem segmentierten Spiegel 12 und nachfolgend an einem weiteren segmentierten Spiegel 84, ebenfalls in einer Phasenraumdarstellung. Der zweite segmentierte Spiegel 84 kann identisch zu dem Spiegel 12 ausgebildet sein, so dass auf die obige Beschreibung zu 1 verwiesen werden kann.
Die Spiegelsegmente 14a–14e, beispielsweise das Spiegelsegment 14b des segmentierten Spiegels 12 sei wieder um die Kippachse 22b parallel zur y-Achse des xyz-Koordinatensystems des Spiegels 12 verkippbar. Für den zweiten segmentierten Spiegel 84 wird ebenfalls ein xyz-Koordinatensystem zu seiner Beschreibung angenommen, wobei jedoch die y-Achse und die x-Achse des segmentierten Spiegels 84 zu der y-Achse und der x-Achse des Spiegels 12 verdreht sind, wie in 5 dargestellt ist.
Für den einfallenden Nutzstrahlaperturkegel 72 ist ein an dem Spiegel 12 reflektierter Nutzstrahlaperturkegel 74 bei unverkipptem Spiegelsegment 14b und ein reflektierter Nutzstrahlaperturkegel 76 bei verkipptem Spiegelsegment 14b dargestellt, wobei für den zugehörigen Kippwinkel 0 < γ < γ_max gilt. Fällt nun der reflektierte Nutzstrahlaperturkegel 74 als einfallender Nutzstrahlaperturkegel 74' auf den zweiten segmentierten Spiegel 84 ein, so wird dieser, wenn das oder die Spiegelsegmente des segmentierten Spiegels 84 nicht verkippt sind, als Nutzstrahlaperturkegel 85 reflektiert, oder bei verkipptem oder verkippten Spiegelsegmenten des segmentierten Spiegels 84 als Nutzstrahlaperturkegel 86. In beiden Fällen der Nutzstrahlaperturkegel 85 und 86 tritt keine Abschattung auf. Fällt der vom ersten segmentierten Spiegel 12 reflektierte Nutzstrahlaperturkegel 76 als einfallender Nutzstrahlaperturkegel 76' auf den zweiten segmentierten Spiegel 84 ein, so wird dieser bei unverkipptem oder unverkippten Spiegelsegmenten des zweiten segmentierten Spiegels 84 als Nutzstrahlaperturkegel 88, oder bei verkipptem oder verkippten Spiegelsegmenten des segmentierten Spiegels 84 als Nutzstrahlaperturkegel 90 reflektiert. Auch hier tritt in beiden Fällen keine Abschattung des reflektierten Nutzstrahlaperturkegels 88 und 90 auf.
Dies bedeutet, dass zwei hintereinandergeschaltete segmentierte Spiegel 12, 84 Winkelbereiche der Reflexion zugänglich machen, die mit einem einzelnen segmentierten Spiegel nicht möglich sind. Auf diese Weise lässt sich eine Auffächerung der Nutzstrahlung für die Zwecke der Mischung oder Einstellung bestimmter Beleuchtungssettings erreichen, die mit nur einem segmentierten Spiegel nicht möglich wäre.
Wenn kleinere Nutzstrahlungsverluste aufgrund von Abschattungseffekten zugelassen werden können, kann je nach erlaubbarem Verlust auch vorgesehen sein, die Spiegelsegmente 14a–14e um eine Kippachse zu verkippen, die eine Komponente in Richtung der x-Achse in 1 aufweist. Dies kann dann von Interesse sein, wenn aufgrund einer vorherigen Segmentierung bzw. Parzellierung des Nutzstrahlaperturkegels die Bestrahlungsintensität der Spiegelsegmente zum Rand hin abnimmt, so dass hier nur ein sehr geringer Strahlungsanteil abgeschattet wird.
6 zeigt eine Spiegelanordnung 10', die in Abwandlung der Spiegelanordnung 10 in 1 zusätzlich zu dem segmentierten Spiegel 12 einen ersten planen Spiegel 92 und einen zweiten planen Spiegel 94 aufweist, zwischen denen der segmentierte Spiegel 12 in Strahlungsausbreitungsrichtung der Nutzstrahlung 96 gesehen angeordnet ist.
Wie bereits oben beschrieben wurde, gibt es aufgrund der "Eindimensionalität" der Spiegelsegmente des segmentierten Spiegels 12 eine Vorzugsrichtung für die einfallende Nutzstrahlung, und zwar senkrecht zur jeweiligen Kippachse 22a–22d. Durch Verkippung einzelner der Spiegelsegmente 14a–14e um die jeweilige Kippachse 22a–22d wird eine Parzellierung bzw. Segmentierung der reflektierten Nutzstrahlung erreicht. Um mit nur einem segmentierten Spiegel wie dem segmentierten Spiegel 12 auch eine Parzellierung der Nutzstrahlung nicht nur in Richtung der x-Achse zu erreichen, sondern auch in Richtung der y-Achse, wird mittels des ersten planen Spiegels 92 die Vorzugsnutzstrahlrichtung (Hauptstrahlrichtung) der Nutzstrahlung 96 aus der xz-Ebene herausreflektiert, dann an den segmentierten Spiegel 12 unter streifendem Einfall ohne Abschattung reflektiert, und in der nachfolgenden Reflexion an dem zweiten planen Spiegel 94 wird das Herauslenken der Vorzugsnutzstrahlrichtung wieder weitgehend rückgängig gemacht, was in einem effektiven Versatz der Nutzstrahlung resultiert. Diese Vorgehensweise ist zwar vergleichsweise aufwendig, kann jedoch aufgrund der Ortsverteilung der Nutzstrahlung wünschenswert sein.
Bei einem Verfahren zum Betreiben der Spiegelanordnung 10 oder 10' wird der zumindest eine segmentierte Spiegel 12 mit Nutzstrahlung unter einem Einfallswinkel von zumindest 60° (bezogen auf die Flächennormalen der unverkippten Spiegelsegmente 14a–14e) oder darüber, also streifend beaufschlagt.
Im Fall, dass die Spiegelanordnung 10 wie in 5 mehr als nur den segmentierten Spiegel 12, d.h. auch den segmentierten Spiegel 84 aufweist, wird auch letzterer unter streifendem Einfall betrieben.
Wie bereits oben erwähnt, wird der zumindest eine segmentierte Spiegel 12 so zur einfallenden Nutzstrahlung orientiert, dass die Nutzstrahlung (Nutzstrahlaperturkegel 24, 1), genauer gesagt deren Projektion in die xy-Ebene, etwa senkrecht zur Kippachse oder den Kippachsen 22a–22d auf den segmentierten Spiegel 12 einfällt. Das Gleiche gilt für den zweiten segmentierten Spiegel 84.
Die einzelnen Spiegelsegmente 14a–14e können dann um einen Kippwinkel γ_max verkippt werden, der in einem Bereich von 0° bis zum Einfallswinkel ν der Nutzstrahlung auf dem segmentierten Spiegel 12 liegt.
In 7 ist ein Ausführungsbeispiel einer Aktuatorik 100 gezeigt, die dazu dient, die Spiegelsegmente 14a–14e zu verkippen. In 7 ist beispielhaft nur ein Siegelsegment, und zwar das Spiegelsegment 14a, und dieses nur ausschnittsweise gezeigt.
Die Aktuatorik 100 weist eine Exzenterscheibe 102 auf, die um eine Drehachse 104 drehbar, gemäß einem Doppelpfeil 106, gelagert ist. Die Exzenterscheibe 102 weist ein Halteelement 108 auf, an dem das Spiegelsegment 14a, beispielsweise durch Kleben, fixiert ist. Dabei ist das Spiegelsegment 14a exzentrisch zur Drehachse 104 an der Exzenterscheibe 102 befestigt, wie durch eine Achse 109 des Spiegelsegments 14a veranschaulicht ist. Eine Drehung der Exzenterscheibe 102 im Gegenuhrzeigersinn in 7 bewirkt eine Verkippung des Spiegelsegments 14a um die Kippachse 22a gemäß einem Pfeil 110.
Zum Antreiben der Exzenterscheibe 102 ist ein Linearantrieb, beispielsweise in Form eines Aktuatorstabs 112 vorgesehen, der über ein nachstehend noch zu beschreibendes Gelenk 115 mit einem Lager 114, das mit der Exzenterscheibe 102 verbunden ist, und zwar ebenfalls exzentrisch zur Drehachse 104, verbunden ist.
Eine Linearbewegung des Aktuatorstabs 112 gemäß einem Doppelpfeil 116 führt zu einer Drehung der Exzenterscheibe 102 um die Drehachse 104 gemäß dem Doppelpfeil 106. Prinzipiell ist eine Drehung der Exzenterscheibe 102 um die Drehachse 104 um einen Drehwinkel von maximal 90° ausreichend, da der maximale Kippwinkel des Spiegelsegments 14a bei streifendem Einfall der Nutzstrahlung, wie oben beschrieben wurde, zwischen 0° und dem Einfallswinkel, beispielsweise im Bereich von 60° bis 80°, beschränkt ist.
In 8 ist ein Ausführungsbeispiel für das Gelenk 115, das in 7 nicht im Einzelnen dargestellt ist, gezeigt.
In dem Ausführungsbeispiel gemäß 8 ist das Gelenk 115 als Kugelgelenk ausgebildet. Dazu weist das Gelenk 115 eine in einem Gehäuse 118 drehbeweglich gelagerte Gelenkkugel 120 auf. An dem Gehäuse 118 ist der Aktuatorstab 112 befestigt. Die Gelenkkugel 120 ist mit der Exzenterscheibe 102 in 7 (in 8 nicht dargestellt) über einen Anbindungsabschnitt 122 verbunden.
Die gelenkige Anbindung des Aktuatorstabs 112 an der Exzenterscheibe 102 ist deswegen erforderlich, da der Aktuatorstab 112 lediglich eine lineare translatorische Bewegung gemäß dem Doppelpfeil 116 ausführt, jedoch keine Bewegung senkrecht zu dieser Bewegungsrichtung. Die Anbindung des Aktuatorstabs 112 über das Gelenk 115 vermeidet auf diese Weise Zwangskräfte. In 8 ist mit unterbrochenen Linien die Beweglichkeit des Anbindungsabschnitts 122 dargestellt. Für die Zwecke der Verkippung des Spiegelsegments 14a ist hier ein maximaler Auslenkwinkel des Fortsatzes 122 von α = 25° ausreichend.
9 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Gelenks 115', das nicht als Kugelgelenk, sondern als flexibles Element (sogenanntes Flex-Hinge) ausgebildet ist. Das Gelenk 115' weist einen ersten Abschnitt 124 entsprechend dem Gehäuse 118 des Gelenks 115 in 8 zur Aufnahme des Aktuatorstabs 112 sowie einen zweiten Abschnitt 126 zur Anbindung des Gelenks 115' an der Exzenterscheibe 102 (siehe 7) auf. Zwischen dem ersten Abschnitt 124 und dem zweiten Abschnitt 126 weist das Gelenk 115' einen dritten Abschnitt 128 auf, der sowohl mit dem ersten Abschnitt 124 als auch mit dem zweiten Abschnitt 126 über flexible Bereiche 130 bzw. 132 verbunden ist.
Über den dritten Abschnitt 128 ist der zweite Abschnitt 126 relativ zu dem ersten Abschnitt 124 beweglich, um die Linearbewegung des Aktuatorstabs 112 in eine Drehbewegung der Exzenterscheibe 102 zu übertragen.
Wieder mit Bezug auf 7 lassen sich mit nur einem Aktuatorstab 112 alle Spiegelsegmente 14a–14e des segmentierten Spiegels 12 gleichzeitig, d.h. synchron verkippen, oder durch eine Vervielfältigung der Aktuatorstäbe 112 können die Spiegelsegmente 14a–14e unabhängig voneinander und relativ zueinander verkippt werden.
Entlang der Achse 109 in 7 ist ein Gegenlager vorzusehen, das das Spiegelsegment lagebestimmt. Das Gegenlager kann ein einfaches Rotationslager sein, oder auch so ausgebildet sein wie die Lagerung des Spiegelsegments an der Exzenterscheibe 102 und parallel zu dieser verfahrbar sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010003169 A1 [0003, 0007]
DE 102010025222 A1 [0008]
DE 10329141 A1 [0009]
DE 102006026032 B4 [0010]
US 2010/0284511 A1 [0011]

Claims

Spiegelanordnung für ein Beleuchtungssystem einer Lithographie-Belichtungsanlage, mit zumindest einem segmentierten Spiegel (12), der eine Mehrzahl an Spiegelsegmenten (14a–14e) aufweist, wobei die Spiegelsegmente (14a–14e) in einer ersten Dimension jeweils eine erste Abmessung (A_x) und in einer zweiten, zur ersten Dimension senkrechten Dimension jeweils eine zweite Abmessung (A_y) aufweisen, wobei die Spiegelsegmente (14a–14e) bezogen auf eine Ebene, die von der ersten und der zweiten Dimension aufgespannt wird, nebeneinander angeordnet sind, wobei Ränder (17, 18) der Spiegelsegmente (14a–14e), die sich in Richtung der zweiten Dimension erstrecken, paarweise einander benachbart sind, und wobei zumindest ein Spiegelsegment (14a–14e) der Mehrzahl an Spiegelsegmenten (14a–14e) um zumindest eine Kippachse (22a–22d) verkippbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Abmessung (A_y) der Spiegelsegmente (14a–14e) um zumindest einen Faktor 10 größer ist als die erste Abmessung (A_x), und dass die zumindest eine Kippachse (22a–22d) parallel zur zweiten Dimension verläuft.
Spiegelanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spiegelfläche (20) eines jeweiligen Spiegelsegments (14a–14e) in Richtung der zweiten Dimension über die Erstreckung des Spiegels (12) in der zweiten Dimension ununterbrochen ist.
Spiegelanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Abmessung (A_y) um zumindest einen Faktor 50, weiter vorzugsweise um zumindest einen Faktor 100 größer ist als die erste Abmessung (A_x).
Spiegelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehrere oder alle Spiegelsegmente (14a–14e) um jeweils zumindest eine Kippachse (22a–22d) verkippbar sind, wobei die jeweilige zumindest eine Kippachse (22a–22d) parallel zur zweiten Dimension verläuft.
Spiegelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegelsegmente (14a–14e) unabhängig voneinander verkippbar sind.
Spiegelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegelsegmente (14a–14e) gemeinsam verkippbar sind.
Spiegelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein maximaler Kippwinkel (γ_max) einer Verkippung des zumindest einen Spiegelsegments (14a–14e) um die zumindest eine Kippachse (22a–22d), bezogen auf eine unverkippte Stellung des zumindest einen Spiegelsegments (14a–14e), in der das zumindest eine Spiegelsegment (14a–14e) parallel zu der Ebene angeordnet ist, die durch die erste und zweite Dimension aufgespannt wird, zumindest 60°, weiter vorzugsweise zumindest 70°, beträgt, ohne dass eine Abschattung von unter einem Einfallswinkel (ν) von zumindest 60°, weiter vorzugsweise von zumindest 70°, auf das zumindest eine Spiegelsegment (14a–14e) einfallender und von dem zumindest einen Spiegelsegment (14a–14e) reflektierter Nutzstrahlung durch ein benachbartes Spiegelsegment (14a–14e) auftritt, wenn das zumindest eine Spiegelsegment (14a–14e) um den maximalen Kippwinkel (γ_max) verkippt ist.
Spiegelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Kippachse (22a–22d) an einem Rand (17) des zumindest einen Spiegelsegments (14a–14e) angeordnet ist, der sich in Richtung der zweiten Dimension erstreckt und das Ende des zumindest einen Spiegelsegments (14a–14e), bezogen auf die erste Dimension, darstellt.
Spiegelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Spiegelsegment (14a–14e) aus der durch die erste und die zweite Dimension aufgespannten Ebene heraus in einer Richtung verkippbar ist, die im Betrieb der Spiegelanordnung (10, 10') von einer einfallenden Nutzstrahlung weg weist.
Spiegelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch zumindest einen zweiten, dem zumindest einen segmentierten Spiegel (12) nachgeordneten segmentierten Spiegel (84), der eine Mehrzahl an zweiten Spiegelsegmenten aufweist, wobei zumindest ein zweites Spiegelsegment der Mehrzahl an zweiten Spiegelsegmenten um zumindest eine zweite Kippachse verkippbar ist, wobei die zweiten Spiegelsegmente in einer ersten Dimension jeweils eine erste Abmessung und in einer zweiten, zur ersten Dimension senkrechten Dimension jeweils eine zweite Abmessung aufweisen, wobei die zweite Abmessung um zumindest einen Faktor 10 größer ist als die erste Abmessung, wobei die zumindest eine zweite Kippachse parallel zur zweiten Dimension verläuft.
Spiegelanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine zweite Kippachse des zumindest einen zweiten Spiegelsegments des zweiten segmentierten Spiegels (84) mit der Kippachse (22a–22d) des zumindest einen Spiegelsegments (14a–14e) des zumindest einen segmentierten Spiegels (12) einen Winkel von ungleich 0° bildet.
Spiegelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass dem zumindest einen segmentierten Spiegel (12) ein erster planer Spiegel (92) vorgeordnet und ein zweiter planer Spiegel (94) nachgeordnet ist, wobei der erste und der zweite plane Spiegel (92, 94) parallel zueinander angeordnet sind.
Verfahren zum Betreiben einer Spiegelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der zumindest eine segmentierte Spiegel (12) mit Nutzstrahlung unter einem Einfallswinkel (ν) von zumindest 60° beaufschlagt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der zumindest eine segmentierte Spiegel (12) mit Nutzstrahlung unter einem Einfallswinkel (ν) von zumindest 70° beaufschlagt wird.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei die Nutzstrahlung etwa senkrecht zur zumindest einen Kippachse (22a–22d) des zumindest einen Spiegelsegments (14a–14e) auf den zumindest einen segmentierten Spiegel (12) einfällt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei das zumindest eine Spiegelsegment (14a–14e) um einen Kippwinkel um die zumindest eine Kippachse (22a–22d) verkippt wird, der in einem Bereich von 0° bis zum Einfallswinkel (ν) der Nutzstrahlung auf den segmentierten Spiegel (12) liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei das zumindest eine Spiegelsegment (14a–14e) von der einfallenden Nutzstrahlung weg weisend um die zumindest eine Kippachse (22a–22d) verkippt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, soweit auf Anspruch 10 oder 11 rückbezogen, wobei die von dem zumindest einen segmentierten Spiegel (12) reflektierte Nutztrahlung auf den zumindest einen zweiten segmentierten Spiegel (84) gerichtet wird, wobei die Nutzstrahlung auf den zumindest einen zweiten segmentierten Spiegel (84) unter einem Einfallswinkel von zumindest 60°, weiter vorzugsweise von zumindest 70° einfällt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, soweit auf Anspruch 12 rückbezogen, wobei das Nutzlicht zunächst auf den ersten planen Spiegel (92) gerichtet wird, von diesem auf den zumindest einen segmentierten Spiegel (12) gerichtet wird, und von diesem auf den zweiten planen Spiegel (94) gerichtet wird.