DE102014202737A1 - BEARING SYSTEM AND SYSTEM FOR STORING AN OPTICAL ELEMENT - Google Patents
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Abstract
Ein Lagerelement für ein Lagersystem zum Lagern eines optischen Elements umfasst ein erstes Koppelende (52), an dem es mit dem optischen Element (34) koppelbar ist, und ein zweites Koppelende (56), an dem es einer Tragstruktur (38) koppelbar ist, sowie wenigstens eine Trageinheit (48, 50), welche sich zwischen dem ersten Koppelende (52) und dem zweiten Koppelende (56) erstreckt. Die Trageinheit (48, 50) umfasst ein Stützelement (66), welches überwiegend eine Stützfunktion hat, und wenigstens ein Funktionselement (64), welches im Vergleich zu dem Stützelement (66) überwiegend eine andere Funktion als eine Stützfunktion hat. Bei einem System zum Lagern eines optischen Elements (34) in Halbleiterreinräumen oder im Vakuum, insbesondere in einer Beleuchtungseinrichtung für eine mikrolithographische EUV-Projektionsbelichtungsanlage, ist wenigstens ein derartiges Lagerelement (42) vorhanden.A bearing element for a bearing system for supporting an optical element comprises a first coupling end (52), to which it can be coupled with the optical element (34), and a second coupling end (56), to which it can be coupled to a support structure (38), and at least one support unit (48, 50) extending between the first coupling end (52) and the second coupling end (56). The support unit (48, 50) comprises a support element (66), which predominantly has a support function, and at least one functional element (64), which in comparison to the support element (66) predominantly has a different function than a support function. In a system for storing an optical element (34) in semiconductor clean rooms or in a vacuum, in particular in an illumination device for a microlithographic EUV projection exposure apparatus, at least one such bearing element (42) is present.
Description
HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
1. Gebiet der Erfindung1. Field of the invention
Die Erfindung betrifft ein Lagerelement für ein Lagersystem zum Lagern eines optischen Elements, mit
- a) einem ersten Koppelende, an dem es mit dem optischen Element koppelbar ist;
- b) einem zweiten Koppelende, an dem es mit einer Tragstruktur koppelbar ist;
- c) wenigstens einer Trageinheit, welche sich zwischen dem ersten Koppelende und dem zweiten Koppelende erstreckt.
- a) a first coupling end, to which it can be coupled to the optical element;
- b) a second coupling end, on which it can be coupled to a support structure;
- c) at least one support unit, which extends between the first coupling end and the second coupling end.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein System zum Lagern eines optischen Elements in Halbleiterreinräumen oder im Vakuum, insbesondere in einer Beleuchtungseinrichtung oder einem Projektionsobjektiv für eine mikrolithographische EUV-Projektionsbelichtungsanlage, mit
wenigstens einem Lagerelement, welches jeweils an einem ersten Koppelende mit dem optischen Element und an einem zweiten Koppelende mit einer Tragstruktur koppelbar ist.Moreover, the invention relates to a system for storing an optical element in semiconductor clean rooms or in vacuum, in particular in a lighting device or a projection objective for a microlithographic EUV projection exposure apparatus, with
at least one bearing element, which is in each case coupled to a first coupling end with the optical element and at a second coupling end with a support structure.
2. Beschreibung des Standes der Technik2. Description of the Related Art
Mittels mikrolithographischer Projektionsbelichtungsanlagen werden Strukturen, die auf einer Maske angeordnet sind, auf eine lichtempfindliche Schicht wie beispielsweise einen Photolack oder dergleichen übertragen. Hierzu umfasst die Projektionsbelichtungsanlage eine Beleuchtungseinrichtung mit einer Lichtquelle und einem Beleuchtungssystem, welches von der Lichtquelle erzeugtes Projektionslicht aufbereitet und auf die Maske richtet. Die von der Beleuchtungseinrichtung beleuchtete Maske wird durch ein Projektionsobjektiv auf die lichtempfindliche Schicht abgebildet.By means of microlithographic projection exposure apparatus, structures arranged on a mask are transferred to a photosensitive layer such as a photoresist or the like. For this purpose, the projection exposure apparatus comprises an illumination device with a light source and an illumination system, which processes the projection light generated by the light source and directs it to the mask. The illuminated by the illumination device mask is imaged by a projection lens on the photosensitive layer.
Je kürzer die Wellenlänge des Projektionslichtes ist, desto kleinere Strukturen lassen sich mit Hilfe der Projektionsbelichtungsanlage auf der lichtempfindlichen Schicht definieren. Aus diesem Grund wird heutzutage vermehrt Projektionslicht im extremen ultravioletten Spektralbereich, also so genannte EUV-Strahlung, verwendet, dessen mittlere Wellenlänge bei 13,5 nm liegt. Derartige Projektionsbelichtungsanlagen werden daher häufig kurz als EUV-Projektionsbelichtungsanlagen bezeichnet.The shorter the wavelength of the projection light, the smaller structures can be defined on the photosensitive layer with the aid of the projection exposure apparatus. For this reason, projection light in the extreme ultraviolet spectral range, so-called EUV radiation, whose mean wavelength is 13.5 nm is increasingly used today. Such projection exposure systems are therefore often referred to briefly as EUV projection exposure systems.
Da es keine optischen Materialien gibt, die für derart kurze Wellenlängen ein ausreichend hohes Transmissionsvermögen haben, umfasst eine EUV-Projektionsbelichtungsanlage reflektierende optische Elemente in Form von Spiegeln. Mittels der in der Beleuchtungseinrichtung der EUV-Projektionsbelichtungsanlage angeordneten Spiegel wird das Projektionslicht auf die Maske gelenkt und diese ausgeleuchtet. Mit Hilfe der Spiegel des zugehörigen Projektionsobjektivs wird entsprechend die ausgeleuchtete Maske auf die lichtempfindliche Schicht abgebildet.Since there are no optical materials having sufficiently high transmittance for such short wavelengths, an EUV projection exposure apparatus comprises reflecting optical elements in the form of mirrors. By means of the mirror arranged in the illumination device of the EUV projection exposure apparatus, the projection light is directed onto the mask and these are illuminated. With the help of the mirror of the associated projection lens, the illuminated mask is correspondingly imaged onto the photosensitive layer.
Um dies jeweils mit der erforderlichen Genauigkeit zu bewirken, müssen die Spiegel in allen sechs Freiheitsgraden präzise ausgerichtet sein.To accomplish this with the required accuracy, the mirrors must be precisely aligned in all six degrees of freedom.
Für eine präzise Ausrichtung und Lagerung von Spiegeln in einem Projektionsobjektiv sind unter anderen Hexapod-Systeme bekannt, bei denen ein optisches Element mit Hilfe von drei Bipoden an einer Tragstruktur gelagert wird. Die Bipoden umfassen zwei der eingangs genannten Trageinheiten und haben bei der Lagerung des optischen Elements meist zugleich die Aufgabe, neben der Stützfunktion wenigstens eine weitere Funktion auszuüben. Hierzu zählt vorrangig die weitere Funktion, Wärme von dem optischen Element an die Tragstruktur abzuleiten, von wo die Wärme schließlich abgeführt werden kann. Aber auch eine elektrische Isolation zwischen der Tragstruktur und dem optischem Element oder dessen Kühlung kann als weitere Funktion der Bipoden gewünscht oder erforderlich sein.For a precise alignment and storage of mirrors in a projection lens, hexapod systems are known, among others, in which an optical element is mounted on a support structure by means of three bipods. The bipods comprise two of the above-mentioned support units and usually have at the same time during the storage of the optical element at least the task of exercising at least one additional function in addition to the support function. This primarily includes the further function of dissipating heat from the optical element to the support structure, from where the heat can finally be dissipated. But also an electrical insulation between the support structure and the optical element or its cooling may be desired or required as a further function of the bipods.
Das Innere einer EUV-Beleuchtungseinrichtung oder eines EUV-Projektionsobjektivs ist üblicherweise evakuiert, insbesondere herrscht dort ein Hochvakuum. Aus diesem Grund – und grundsätzlich, wenn eine Beleuchtungseinrichtung in einem Halbleiterreinraum eingesetzt wird – ist der Einsatz von Antriebsmitteln zur Änderungen der Lage eines Spiegels, z.B. in Form von Aktuatoren, Mikrometerschrauben oder auch Differentialgewindevorrichtung, nicht oder nur sehr eingeschränkt möglich. Bei Aktuatoren sind in der Regel aufwendige Einkapselungen notwendig, um ein Ausgasen von Aktuatormaterialien zu verhindern. Auch hier werden Hexapod-Systeme für eine präzise Ausrichtung und Lagerung von Spiegeln eingesetzt.The interior of an EUV lighting device or an EUV projection lens is usually evacuated, in particular, there is a high vacuum. For this reason - and in principle, when a lighting device is used in a semiconductor clean room - the use of drive means for changing the position of a mirror, e.g. in the form of actuators, micrometer screws or differential threading device, not or only very limited possible. In actuators elaborate encapsulation are usually necessary to prevent outgassing of actuator materials. Again, hexapod systems are used for precise alignment and storage of mirrors.
Die Tragstruktur ist in der Regel stationär in dem Gehäuse der Beleuchtungseinrichtung oder des Projektionsobjektivs installiert und kann auch durch das Gehäuse oder einen Rahmen der Beleuchtungseinrichtung oder des Projektionsobjektivs selbst ausgebildet sein.The support structure is usually stationary installed in the housing of the illumination device or the projection lens and can also be formed by the housing or a frame of the illumination device or the projection lens itself.
Insbesondere bei EUV-Systemen herrschen höhere Betriebstemperaturen, weshalb es im Betrieb an den Bipoden zu Temperaturveränderungen kommen kann, die auf Grund einer Wärmeausdehnung des Bipodenmaterials eine Längenveränderung der Trageinheiten der Bipoden verursachen kann. Darüber hinaus können Längenveränderungen an den Bipoden auch zu Starrkörperverschiebungen und zu Deformationen des optischen Elements führen.In particular, in EUV systems prevail higher operating temperatures, which is why it can cause temperature changes during operation on the bipods, which can cause a change in length of the support units of the bipods due to a thermal expansion of the bipod material. In addition, changes in length on the bipods can also lead to rigid body displacements and to deformations of the optical element.
Insgesamt wird dadurch die Lage und Orientierung des mit den Bipoden gekoppelten optischen Elements im Raum verändert, wodurch die geforderte genaue Ausrichtung der Komponenten nicht mehr gewährleistet ist. Overall, this changes the position and orientation of the optical element coupled to the bipods in space, as a result of which the required precise alignment of the components is no longer guaranteed.
Das Ausmaß der Längenveränderung der Bipoden ist dabei maßgeblich von dem Material der Bipoden und dessen Wärmeausdehnungskoeffizient abhängig, der nachfolgend auch als CTE (Coefficient of Thermal Expansion) bezeichnet wird und sowohl den Längenausdehnungskoeffizienten als auch den Raumausdehnungskoeffizienten berücksichtigen soll.The extent of the change in length of the bipods is significantly dependent on the material of the bipods and its coefficient of thermal expansion, which is hereinafter also referred to as CTE (Coefficient of Thermal Expansion) and should take into account both the coefficient of linear expansion and the expansion coefficient.
Es gibt Ansätze, die Bipoden hauptsächlich aus einem Keramikmaterial mit geringem CTE im Betriebstemperaturbereich der Projektionsbelichtungsanlagen zu fertigen. Dabei sind lediglich Biegebereiche der Bipoden aus einem metallischen Material hergestellt. Das heißt, in diesem Fall ist die Trageinheit zwischen dem ersten und dem zweiten Koppelende des Lagerelements aus solchem Keramikmaterial gefertigt und über metallische Biegeelemente an gegenüberliegenden Enden mit den Koppelenden des Lagerelements verbunden. There are attempts to fabricate the bipods mainly from a low CTE ceramic material in the operating temperature range of the projection exposure equipment. Only bending areas of the bipods are made of a metallic material. That is, in this case, the support unit between the first and the second coupling end of the bearing element is made of such ceramic material and connected via metallic bending elements at opposite ends to the coupling ends of the bearing element.
Aufgrund der schlechten Wärmeleitfähigkeit von Keramikmaterialien kann dann jedoch keine oder nur noch eine sehr geringe Wärmemenge von dem optischen Element an die Tragstruktur abgeleitet werden.Due to the poor thermal conductivity of ceramic materials, however, no or only a very small amount of heat can be dissipated from the optical element to the support structure.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Lagerelement sowie ein System der eingangs genannten Art zu schaffen, welche diesen Gedanken Rechnung tragen.It is an object of the invention to provide a bearing element and a system of the type mentioned, which take into account this idea.
Diese Aufgabe wird bei einem Lagerelement der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass
- d) die Trageinheit ein Stützelement, welches überwiegend eine Stützfunktion hat, und wenigstens ein Funktionselement umfasst, welches im Vergleich zu dem Stützelement überwiegend eine andere Funktion als eine Stützfunktion hat.
- d) the support unit comprises a support element, which predominantly has a support function, and at least one functional element which, in comparison to the support element predominantly has a different function than a support function.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass verschiedene von der Trageinheit zu erfüllende Aufgaben voneinander entkoppelt werden und durch unterschiedliche Bauteile bewirkt werden können, ohne dass dies die präzise Ausrichtung und Lagerung des optischen Elements negativ beeinflusst. The invention is based on the recognition that different tasks to be performed by the support unit can be decoupled from one another and can be effected by different components, without this adversely affecting the precise alignment and mounting of the optical element.
Vorzugsweise unterscheiden sich das Stützelement und das Funktionselement in ihren für die Funktion relevanten Eigenschaften wenigstens um den Faktor 5. Relevante Parameter sind dabei insbesondere die Steifigkeit, das Elastizitätsmodul, der elektrische Widerstand, der thermische Widerstand oder die Wärmeleitfähigkeit.Preferably, the support element and the functional element differ in their properties relevant to the function at least by a factor of 5. Relevant parameters are in particular the rigidity, the modulus of elasticity, the electrical resistance, the thermal resistance or the thermal conductivity.
Wie eingangs angesprochen, ist es insbesondere wichtig, Wärme von dem optischen Element abzuleiten. Daher ist das Funktionselement vorzugsweise ein Wärmeleitelement, wobei das Stützelement und das Wärmeleitelement in einem Betriebstemperaturbereich derart unterschiedliche Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten haben, dass das Wärmeleitelement im Vergleich zu dem Stützelement überwiegend eine Wärmeleitfunktion hat. Dies eröffnet die Möglichkeit, eine temperaturabhängige Längenänderung insbesondere der Trageinheit des Lagerelements zu verringern und zugleich sicherzustellen, dass eine ausreichende Wärmemenge von dem optischen Element abgeleitet werden kann.As mentioned above, it is particularly important to dissipate heat from the optical element. Therefore, the functional element is preferably a heat-conducting element, wherein the support element and the heat-conducting element have such different thermal conductivity coefficients in an operating temperature range that the heat-conducting element predominantly has a heat-conducting function compared to the support element. This opens up the possibility of reducing a temperature-dependent change in length in particular of the support unit of the bearing element and at the same time to ensure that a sufficient amount of heat can be derived from the optical element.
Bei bekannten Lagerelementen wird das Ableiten von Wärme von dem optischen Element zugleich durch das Stützelement bewirkt. Es ist jedoch wünschenswert, dass das Stützelement möglichst keine Längenänderungen bei Temperaturänderungen erfährt. Dies kann zwar erreicht werden, wenn das Stützelement aus Materialien mit kleinem CTE gefertigt ist. Dann ist jedoch in der Regel auch die Wärmeleitfähigkeit nur gering. Erfindungsgemäß kann nun dennoch für das Stützelement ein solches Material gewählt werden, da die Wärmeübertragung unabhängig durch das Wärmeleitelement sichergestellt ist.In known bearing elements, the dissipation of heat from the optical element is simultaneously effected by the support element. However, it is desirable that the support element learns as possible no changes in length with temperature changes. Although this can be achieved if the support element is made of materials with a small CTE. Then, however, the thermal conductivity is usually low. According to the invention can now be selected for the support element such a material, since the heat transfer is ensured independently by the heat conducting element.
Es hat sich insbesondere als effektiv erwiesen, wenn das Wärmeleitelement aus einem Metallmaterial, insbesondere aus einer Legierung aus 64% Eisen und 36% Nickel, und das Stützelement aus einem Keramikmaterial, insbesondere aus Zerodur® oder einem Cordierit, ist.It has proved to be particularly effective when the heat conducting element of a metal material, in particular of an alloy of 64% iron and 36% nickel, and the support member of a ceramic material, in particular Zerodur ® or a cordierite is.
Insbesondere bei der Verwendung von Keramikmaterialien für das Stützelement ist das Lagerelement auch unempfindlicher gegen magnetische Felder, so dass Deformationen durch Magnetostriktion geringer ausfallen können.In particular, in the use of ceramic materials for the support element, the bearing element is also less sensitive to magnetic fields, so that deformations by magnetostriction can turn out lower.
Fertigungstechnisch ist es günstig, wenn das Stützelement von dem Funktionselement oder das Funktionselement von dem Stützelement getragen ist. Im Falle des Wärmeleitelements trägt vorzugsweise das Wärmeleitelement das Stützelement, so dass das Stützelement eine Art mechanische Verstärkung des Wärmeleitelements bildet.Manufacturing technology, it is advantageous if the support element is supported by the functional element or the functional element of the support element. In the case of the heat-conducting element, the heat-conducting element preferably carries the support element, so that the support element forms a type of mechanical reinforcement of the heat-conducting element.
Es ist günstig, wenn das Stützelement einen Brückenteil umfasst, welcher sich zwischen wenigstens einem ersten Befestigungsbereich und einem zweiten Befestigungsbereich des Lagerelements erstreckt.It is favorable if the support element comprises a bridge part which extends between at least a first attachment region and a second attachment region of the bearing element.
Für eine effektive Funktion ist es von Vorteil, wenn das Funktionselement den ersten und den zweiten Befestigungsbereich für den Brückenteil bereitstellt. For an effective function, it is advantageous if the functional element provides the first and the second attachment area for the bridge part.
Vorzugsweise bilden das Stützelement und das Funktionselement eine Parallelstruktur aus.Preferably, the support element and the functional element form a parallel structure.
Die Lagestabilität des optischen Elements kann verbessert werden, wenn Entkopplungsmittel vorhanden sind, durch welche Änderungen der Länge und/oder des Volumens des Stützelements oder des Funktionselements von dem jeweils anderen Element entkoppelt sind. Insbesondere sollen sich im Falle eines Wärmeleitelements dort erzeugte Längenänderungen nicht auf das Stützelement auswirken, welches hauptsächlich die Lage und Ausrichtung des optischen Elements bestimmt.The positional stability of the optical element can be improved if there are decoupling means by which changes in the length and / or the volume of the support element or of the functional element are decoupled from the respective other element. In particular, in the case of a heat-conducting element, changes in length produced there should not affect the support element, which mainly determines the position and orientation of the optical element.
Dies kann vorteilhaft dadurch bewirkt werden, dass die Entkopplungsmittel durch Gelenkbereiche des Stützelements oder des Funktionselements ausgebildet sind.This can advantageously be effected in that the decoupling means are formed by hinge regions of the support element or of the functional element.
Es ist außerdem günstig, wenn Kühlmittel vorhanden sind, um das Lagerelement zu kühlen.It is also beneficial if there are coolant to cool the bearing element.
Die Kühlmittel sind dabei vorzugsweise durch Kühlrippen am Stützelement Funktionselement bereitgestellt. Alternativ kann auch eine aktive Kühlung mit Hilfe eines Kühlmittels vorgesehen sein.The cooling means are preferably provided by cooling ribs on the support element functional element. Alternatively, active cooling by means of a coolant can also be provided.
Im Hinblick auf die eingangs erläuterten und etablierten Bipoden ist es besonders von Vorteil, wenn das Lagerelement eine Bipodeinheit mit einer ersten Trageinheit und einer zweiten Trageinheit ist.With regard to the initially explained and established bipods, it is particularly advantageous if the bearing element is a bipod unit with a first support unit and a second support unit.
Bei einem System zum Lagern eines optischen Elements der eingangs genannten Art wird die oben angegeben Aufgabe dadurch gelöst, dass
das wenigstens eine Lagerelement nach einem der Ansprüche 1 bis 13 ausgebildet ist. Folglich weist das Lagerelement einige oder alle der oben erläuterten Merkmale mit den dazu genannten Vorteilen auf.In a system for supporting an optical element of the type mentioned above, the above-mentioned object is achieved in that
the at least one bearing element according to one of
Dabei ist es besonders günstig, wenn drei ein Hexapod bildende Bipodeinheiten nach Anspruch 13 vorhanden sind.It is particularly advantageous if three hexapod forming bipod units according to claim 13 are present.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the drawings. In these show:
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELEDESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS
In
Mit dem Projektionsobjektiv
Zur Übertragung der reflektierenden Strukturen
Die Beleuchtungseinrichtung
Das Projektionsobjektiv
Die Beleuchtungseinrichtung
Jeder Spiegel
Entsprechende Spiegel
Eine solche Lagereinrichtung
Diese Bipodeinheiten
An einem von dem Lagersockel
Die Lagerelemente
Wie in den
Die Trageinheit
Hierzu ist das Wärmeleitelement
Als Metallmaterial kommen insbesondere eine unter dem Markennamen Invar® bekannte Eisen-Nickel-Legierung mit 64% Eisen und 36% Nickel oder auch hierauf basierende Legierungen in Betracht. Letztere können beispielsweise einen Cobaltanteil aufweisen.As the metal material, in particular, a known under the brand name Invar ® iron-nickel alloy with 64% iron and 36% nickel or alloys based thereon into consideration. The latter can for example have a cobalt content.
Das Stützelement
Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel trägt der Leitarm
Das Stützelement
Bei bekannten Lagerelementen fehlt eine solche Verstärkung und es ist nur das hier als Wärmeleitelement
Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst das Stützelement
Bei einer Abwandlung kann auch das Stützelement
Die Längsachsen des Leitarms
Im Betrieb verändert sich abhängig von der herrschenden Temperatur und den jeweiligen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Bauteile die Länge und/oder das Volumen des Wärmeleitelements
Hierzu umfasst das Wärmeleitelement
Wenn sich der Metallstreifen
Bei diese Ausbildung kann bei einer Materialkombination von Invar® mit 64% Eisen und 36% Nickel für das Wärmeleitelement
Alternativ kann die Kühlung der Lagerelemente
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