DE102014216631A1

DE102014216631A1 - Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage, Spiegelmodul hierfür, sowie Verfahren zum Betrieb des Spiegelmoduls

Info

Publication number: DE102014216631A1
Application number: DE102014216631.4A
Authority: DE
Inventors: Jens Prochnau; Dirk Schaffer; Andreas Wurmbrand; Bernhard Gellrich; Markus Kern
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2014-08-21
Filing date: 2014-08-21
Publication date: 2016-02-25
Also published as: TW201614380A; US9996015B2; TWI683188B; JP2017526010A; KR102436862B1; KR20170048337A; US20170153552A1; JP6832844B2; WO2016026888A1

Abstract

Die Erfindung richtet sich auf eine mikrolithografische Projektionsbelichtungsanlage mit einem Spiegelmodul mit einem Spiegelkorpus mit einer Spiegelfläche, und einer Tragstruktur zur Anbindung des Spiegelkorpus an eine Objektivstruktur, wobei die Tragstruktur und der Spiegelkorpus über mehrere Koppelabschnitte miteinander verbunden sind und diese Koppelabschnitte von einem Flächenzentrum der Spiegelfläche beabstandet sind. Die Anbindung der Tragstruktur an die Objektivstruktur erfolgt in einem Bereich welcher von einer zur Belichtung eines Wafers herangezogenen Wafer-Belichtungszone weiter beabstandet ist als die Spiegelfläche. Der Werkstoff des Spiegelkorpus und der Werkstoff der Tragstruktur sind vorzugsweise derart aufeinander abgestimmt, dass im Umfeld der Betriebstemperatur des Spiegelmoduls der CTE-Unterschied der Materialien unter dem Wert von 0,5 × 10–6K–1 liegt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung richtet sich auf eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage, sowie ein Spiegelmodul hierfür. Insbesondere betrifft die Erfindung hierbei ein sogenanntes EUV-Spiegelmodul zur Projektion von Licht mit einer Wellenlänge die im extremen ultravioletten Spektralbereich liegt. Weiterhin richtet sich die Erfindung auch auf ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen Spiegelmoduls.
Hintergrund der Erfindung
Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlagen, wie sie zur Herstellung integrierter elektrischer Schaltkreise und sonstiger mikrostrukturierter Bauelemente verwendet werden, bilden Strukturen, die in einem Retikel enthalten sind, im allgemeinen verkleinert auf eine lichtempfindliche Schicht ab, die z.B. auf einem Silizium-Wafer aufgebracht sein kann. Ein beispielhafter Aufbau für eine derartige Projektionsbelichtungsanlage ist aus WO 2013/120839 A2 bekannt.
Eines der wesentlichen Ziele bei der Entwicklung von Projektionsbelichtungsanlagen besteht darin, Strukturen mit zunehmend kleineren Abmessungen auf der lichtempfindlichen Schicht lithographisch definieren zu können. Die dadurch möglichen höheren Integrationsdichten, der mit Hilfe derartiger Anlagen hergestellten mikrostrukturierten Bauelemente, erhöhen im Allgemeinen deren Leistungsfähigkeit beträchtlich. Die Erzeugung besonders kleiner Strukturgrößen setzt ein hohes Auflösungsvermögen der verwendeten Projektionssysteme voraus. Das Auflösungsvermögen der Projektionssysteme ist umgekehrt proportional zu der Wellenlänge des Projektionslichts. Abfolgende Produktgenerationen von Projektionsbelichtungsanlagen verwenden Projektionslicht mit abnehmenden Wellenlängen. Aktuelle Entwicklungen richten sich auf die Entwicklung von Projektionsbelichtungsanlagen welche Projektionslicht verwenden, dessen Wellenlänge im extremen ultravioletten Spektralbereich (EUV) liegt. In Betracht gezogen werden hierbei insbesondere Wellenlängen zwischen 1 nm und 30 nm und insbesondere die Wellenlänge 13,5 nm. Bei der Verwendung von Projektionslicht mit derart kurzen Wellenlängen stehen keine Materialien für die Herstellung von Linsen und anderen refraktiven optischen Elementen zur Verfügung, die für das Projektionslicht hinreichend durchlässig sind. Deswegen sind EUV-Projektionssysteme im Wesentlichen aus Spiegeln aufgebaut. Die Spiegel bestehen aus einem Spiegelkorpus, der z.B. aus einer Glaskeramik gefertigt sein kann und dessen dem Projektionslicht ausgesetzte Oberfläche mit hoher Präzision gefertigt wird. Da der Spiegelkorpus für das Projektionslicht zu fast 100% absorbierend ist und deswegen kein Projektionslicht reflektiert, bringt man auf dessen dem Projektionslicht zugewandter Oberfläche eine reflektierende Beschichtung auf, deren Reflexionsvermögen jedoch begrenzt ist. Beschichtete Spiegel werden auch in Projektionsobjektiven eingesetzt, die für längere Wellenlängen vorgesehen sind. Aufgrund der geringen Größe der abzubildenden Strukturen werden an die Abbildungseigenschaften des Projektionssystems hohe Anforderungen gestellt. Abbildungsfehler können nur in sehr geringem Umfang toleriert werden.
Spiegelmodule für den Einsatz im EUV-Bereich mit Spiegeln die hinsichtlich ihrer Position nicht in allen sechs Freiheitsgraden mittels Aktoren geregelt werden können („ungeregelte Spiegel“) sind im Allgemeinen so aufgebaut, dass der Spiegel über mehrere Koppelungorgane mit einer Objektivstruktur verbunden ist. Die Koppelungsorgane haben im Wesentlichen die Aufgabe, unterschiedliche Wärmedehnungen aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) zwischen dem Spiegel und der Objektivstruktur auszugleichen und die zur Verbindung von Spiegel und Objektivstruktur erforderlichen Haltekräfte zu übertragen. Diese Koppelungorgane können aus verschiedensten Werkstoffen gefertigt werden. Spezielle metallische Koppelungsorgane bieten geringere thermische Ausdehnungskoeffizienten, jedoch sind diese gegenüber nicht-metallischen Koppelungsorganen erhöht magnetostriktiv.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Lösungen zu schaffen, durch welche es möglich wird, einen Spiegel in eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage derart einzubinden, dass möglichst geringe Abbildungsfehler entstehen.
Erfindungsgemäße Lösung
Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage zur Belichtung eines Wafers in einer Wafer-Belichtungszone, mit:

– einer Objektivstruktur, mit
– einer Spiegelanordnung mit mehreren Spiegeln die in unterschiedlichen Abständen von der Wafer-Belichtungszone angeordnet sind,
– wobei ein Spiegel mit einer Spiegelfläche und einem Spiegelkorpus einen, im Vergleich zu den anderen Spiegeln geringsten Abstand seiner Spiegelfläche zu der Wafer-Belichtungszone aufweist und durch ein Spiegelmodul bereitgestellt ist,
– wobei das Spiegelmodul den Spiegel mit dem geringsten Abstand und eine Tragstruktur mit einer ersten Anbindung zum Anbinden des Spiegelkorpus des Spiegels an der Tragstruktur und eine zweite Anbindung zum Anbinden der Tragestruktur an die Objektivstruktur umfasst, und
– wobei sich die zweite Anbindung der Tragstruktur an die Objektivstruktur in einem Bereich befindet, welcher von der Wafer-Belichtungszone weiter beabstandet ist, als die Spiegelfläche von der Wafer-Belichtungszone.

Durch den erfindungsgemäßen Aufbau der Projektionsbelichtungsanlage wird in vorteilhafter Weise die Aufheizung der Tragstruktur durch Mirrorheating-Effekte reduziert, die Tragstruktur kann den Spiegelkorpus mit einem großen Abstand zum Spiegelflächenzentrum aufgreifen wodurch sich gegenüber herkömmlichen Bauformen eine Reduktion von thermisch bedingten Ausrichtungsänderungen der Spiegelfläche ergibt. Zudem wird auch eine Reduktion der Auswirkungen etwaiger magnetostriktiver Eigenschaften der Tragstruktur auf die Abbildungseigenschaften des Spiegels erreicht.
Die Anbindung der Tragstruktur an die Objektivstruktur erfolgt vorzugsweise in einem Bereich, der um eine Wegstrecke von der Wafer-Belichtungszone beabstandet ist deren Länge zwischen dem 1,5-fachen und dem 5-fachen des geringsten Abstandes der Spiegelfläche von der Waferbelichtungszone liegt. Bei diesem Ansatz wird es möglich, in die Objektivstruktur eingekoppelte, sich als Verformung der Objektivstruktur darstellende Störungen aus dem Bereich der Waferbelichtungszone von der Objektivstruktur fernzuhalten und zudem auch die Einkoppelung von Störenden Wechselwirkungseffekten insbesondere elektromagnetischen Feldern aus dem Bereich der Waferbelichtungszone weitgehend zu unterbinden.
Eine besonders vorteilhafte Auslegung der erfindungsgemäßem mikrolithografischen Projektionsbelichtungsanlage wird weiterhin erreicht, indem die Anbindung der Tragstruktur an die Objektivstruktur derart bewerkstelligt wird, dass der Betrag der Differenz zwischen dem Abstand der ersten und der zweiten Anbindung zur Wafer-Belichtungszone kleiner ist, als das Vierfache des genannten geringsten Abstandes der Spiegelfläche von der Wafer-Belichtungszone.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Projektionsbelichtungsanlage ist auch die Objektivstruktur aus einem Werkstoff mit einem linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten von weniger als 0,70 PPMK^–1 bei einer Temperatur von 270K +/–30K gefertigt. Die Objektivstruktur kann hierzu insbesondere aus Eisen-Nickel Legierungen gefertigt werden, die unter den Handelsnamen Invar oder Superinvar erhältlich sind. Invar ist hierbei eine eingetragene Marke von Aperam Alloys Imphy, 1–5 rue Luigi Chérubini F-93200 Saint Denis, FR. Die Anbindung der Tragstruktur an die Objektivstruktur erfolgt in besonders vorteilhafter Weise in einem Abstand von der Wafer-Belichtungszone, welcher um ein Abstandsmaß größer ist als der Abstand der Spiegelfläche von der Wafer-Belichtungszone, wobei dieses Abstandsmaß wenigstens der mittleren, normal zur Spiegelfläche gemessenen Dicke des Spiegelkorpus entspricht.
Auf Grundlage des erfindungsgemäßen Konzepts wird es gemäß einem besondern Aspekt der vorliegenden Erfindung möglich, die Tragstruktur und/oder auch den Spiegelkorpus aus einem magnetostriktiven Werkstoff zu fertigen.
Jener der Wafer-Belichtungszone am engsten benachbarte Spiegel der Spiegelanordnung kann dabei in vorteilhafter Weise so angeordnet werden, dass dieser eine Lichtreflektion in eine der Waferbelichtungszone abgewandte Richtung veranlasst. Das von diesem Spiegel reflektierte Licht kann dann auf einen weiteren Spiegel geführt und von diesem auf den zu belichtenden Wafer reflektiert werden. Die Spiegelfläche jenes der Waferbelichtungszone näher liegenden Spiegels ist vorzugsweise kleiner als die Fläche des im Strahlenweg nachfolgenden, vorzugsweise letzten Spiegels des Strahlenweges.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die eingangs angegebene Aufgabe auch gelöst durch ein Spiegelmodul mit:

– einem Spiegelkorpus mit einer Spiegelfläche, und
– einer Tragstruktur zur Anbindung des Spiegelkorpus an eine Objektivstruktur,

– die Tragstruktur und der Spiegelkorpus über mehrere Koppelabschnitte miteinander verbunden sind und diese Koppelabschnitte von einem Flächenzentrum der Spiegelfläche in Ausdehnungsrichtung der Spiegelfläche beabstandet sind, und
– der Werkstoff des Spiegelkorpus und der Werkstoff der Tragstruktur derart aufeinander abgestimmt sind, dass im Umfeld der Betriebstemperatur des Spiegelmoduls der Unterschied der Wärmeausdehnungskoeffizienten der Materialien unter dem Wert von 0,5 × 10^–6K^–1 liegt.

Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, ein Spiegelmodul für eine EUV-Projektionsbelichtungsanlage zu schaffen, bei welchem eine hochsteife Anbindung des Spiegelkorpus an die Objektivstruktur in einem von der Spiegelfläche weit beabstandeten Bereich erreicht werden kann, ohne hierbei die thermische Dehnung des Spiegelkorpus einzuschränken oder den Spiegelkorpus durch die Tragstruktur zu deformieren.
Die Betriebstemperatur des Spiegelmoduls liegt vorzugsweise im Bereich von 290 bis 310 K, insbesondere bei ca. 300 K. Die Betriebstemperatur entspricht hierbei der gemittelten Temperatur die sich im Rahmen des Betriebs des Spiegelmoduls in den Anbindungsbereichen des Spiegelkorpus an die Tragstruktur einstellt. Das Umfeld der Betriebstemperatur in welchem der Unterschied der Wärmeausdehnungskoeffizienten (der „CTE-Unterschied“) unter dem Wert von 0,5 × 10^–6K liegt, erstreckt sich vorzugsweise auf einen Umgebungsbereich der Betriebstemperatur von +/–25 K. Die Tragstruktur kann hierbei in vorteilhafter Weise aus einem nichtmetallischen Werkstoffe wie z.B. einem Glaskeramikwerkstoff gefertigt werden. Als Glaskeramikwerkstoffe kommen hierbei insbesondere die unter den Handelsbezeichnungen ULE oder ZERODUR erhältlichen Werkstoffe in Betracht. ULE ist hierbei eine eingetragene Marke der CORNING INCORPORATED, 14831, Corning, USA, ZERODUR ist eine eingetragene Marke der SCHOTT AG, 55122 Mainz, DE.
Die zur Verbindung des Spiegelkorpus mit der Tragstruktur vorgesehenen, vorzugsweise armartig gestalteten Koppelabschnitte sind vorzugsweise derart positioniert, dass deren Abstand von dem genannten Flächenzentrum der Spiegelfläche größer ist, als der 0,8-fache Radius eines Kreises dessen Flächeninhalt der Spiegelfläche entspricht. Das Flächenzentrum entspricht geometrisch dem Flächenschwerpunkt der Spiegelfläche.
Sofern die Tragstruktur und der Spiegelkorpus so zusammengefügt sind, dass die Spiegelfläche der Tragstruktur zugewandt ist, ist die Tragstruktur vorzugsweise ring- oder torusartig gestaltet. Sofern die Tragstruktur und der Spiegelkorpus so zusammengefügt sind, dass die Spiegelfläche der Tragstruktur abgewandt ist, kann die Tragstruktur auch einen plattenartigen Zentralabschnitt aufweisen welcher die Spiegelrückseite abdeckt.
Die Tragstruktur ist gekennzeichnet durch eine hohe Eigensteifigkeit bei Lagerung an den Ankoppelstellen zur Objektivstruktur bei gleichzeitig geringer Masse. So ist vorzugsweise die erste Eigenfrequenz der Tragstruktur größer als die erste Eigenfrequenz des Spiegels bei Lagerung an den Kontaktpunktflächen zum steifen Teil der Tragstruktur, wobei die Kompensationselemente zum Spiegel gehören. Soweit sich die Tragstruktur auf der Seite der Spiegelfläche befindet ist diese vorzugsweise so aufgebaut, dass diese einen in der Art eines unrunden Torus gestalteten und damit ringartig in sich geschlossenen Grundkörper umfasst. Der Torus kann dabei so ausgelegt sein, dass dieser eine Torusöffnung umsäumt, deren Öffnungsquerschnitt größer ist als der 0,64-fache, vorzugsweise wenigstens der 0,8- bis 1,4-fache Flächenteil der Spiegelfläche. Hierdurch wird erreicht, dass die Tragstruktur im Rahmen des Betriebs einer entsprechenden Projektionsbelichtungsanlage nicht oder allenfalls in geringem Maße von der auf den Spiegel gerichteten Strahlung erfasst wird. Die Kontur der Torusöffnung kann dabei so abgestimmt werden, dass der Torus möglichst nicht von der den Spiegelkorpus erfassenden elektromagnetischen Strahlung erfasst wird, jedoch zur Erlangung einer hohen Steifigkeit einen möglichst kleinen Öffnungsquerschnitt aufweist.
Bei dieser torusartigen Gestaltung der Tragstruktur wird es weiterhin in vorteilhafter Weise möglich, die Koppelabschnitte integral mit dem die Tragstruktur bildenden Grundkörper zu fertigen, so dass die Koppelabschnitte integralen Bestandteil einer hochsteifen Struktur bilden und somit auch zueinander hochsteif positioniert sind.
Der Werkstoff des Spiegelkorpus und der Werkstoff der Tragstruktur sind gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung derart aufeinander abgestimmt, dass der CTE-Unterschied (d.h. der Unterschied der Wärmeausdehnungskoeffizienten) der Materialien im Umfeld der Betriebstemperatur insbesondere einem Bereich von +/–25 K der Betriebstemperatur unter dem Wert von 0,5 × 10^–6K^–1, vorzugsweise unter dem Wert von 0,1 × 10^–6K^–1 liegt.
Die Tragstruktur kann durch Gestaltung der Grundkörpergeometrie sowie durch die Abstimmung des Werkstoffes strukturmechanisch so ausgelegt werden, dass diese eine höhere Steifigkeit besitzt als der Spiegel. Hierbei ist gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Tragstruktur hinsichtlich der Lage und der Gestaltung der Anbindungspunkte an die Objektivstruktur derart ausgebildet, dass sich die im Rahmen der Betriebskräfte ergebenden Deformationsanteile bei Anbindung der Tragstruktur an die Objektivstruktur in einem Ausmaß von weniger als 0,1% in den Anbindungsbereich des Spiegels an die Tragstruktur übertragen.
An dem Spiegelkorpus können in vorteilhafter Weise im Bereich der jeweiligen Anbindung an einen Koppelabschnitt der Tragstruktur Kompensationsgeometrien ausgebildet werden, zur Auskoppelung oder Reduktion von Spannungen, die sich im Wege einer stoff- oder kraftschlüssigen Verbindung, insbesondere Verklebung des Spiegelkorpus mit der Tragstruktur ergeben. Diese Kompensationsgeometrien können insbesondere in der Art eines in den Spiegelkorpus eindringenden Freistichs gestaltet werden, wobei jener Freistich hierbei eine Kontaktstelle umsäumt, die sich auf der Stirnfläche eines von dem Freistich umgebenen Zylinder- oder Hohlzylinderzapfens erstreckt.
Alternativ hierzu kann die Kompensationsgeometrie auch durch geeignete Fügeverfahren vor der Verbindung des Spiegels mit der Tragstruktur an dem Spiegel und/oder der Tragstruktur angebracht oder ausgebildet werden und aus einem, ggf. von dem Werkstoff der Tragstruktur, oder dem Werkstoff des Spiegelkorpus abweichenden Material bestehen.
Die zur Koppelung des Spiegelkorpus mit der Tragstruktur vorgesehenen Koppelabschnitte können in vorteilhafter Weise als integral mit der Tragstruktur ausgebildete Armabschnitte gestaltet werden. Diese Armabschnitte können hierbei so ausgelegt sein, dass diese jeweils eine Bipod-Struktur bilden. Die Länge jener Armabschnitte entspricht vorzugsweise wenigstens der gemittelten in Richtung eine durch das Zentrum der Spiegelfläche verlaufenden Spiegelachse gemessenen Spiegeldicke. Die in Richtung der Erstreckung der Armabschnitte gemessene mittlere Dicke der ring- oder plattenartigen Tragstruktur liegt vorzugsweise im Bereich von 80 bis 160 % jener gemittelten Spiegeldicke.
In weiterhin vorteilhafter Weise ist der Spiegelkorpus vorzugsweise derart gestaltet, dass dieser bei Betrachtung aus Richtung der durch das Spiegelflächenzentrum verlaufenden Spiegelachse einen unrunden Querschnitt aufweist, wobei sich dann jene mit den Koppelabschnitten der Tragstruktur verbundenen Abschnitte des Spiegelkorpus als über den als Spiegelfläche relevanten Bereich des Korpus radial auskragende ohrenartige Tragabschnitte darstellen. Diese Tragabschnitte ragen hierbei vorzugsweise auch radial über eine Projektion der Torusöffnung in eine zur Spiegelachse normale Projektionsebene hinaus. Die Tragabschnitte befinden sich dann vorzugsweise in Bezug auf die Spiegelachse auf dem gleichen Radialniveau wie jener Bereich der Tragstruktur, in welchem der jeweilige Koppelabschnitt in dem geschlossenen Torus fußt.
Die Tragstruktur ist vorzugsweise so gestaltet, dass diese den Spiegelkorpus über mindestens drei Koppelabschnitte abstützt.
Die Tragstruktur kann gemäß einem weiteren besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung so gestaltet sein, dass die Lage der seitens der Tragstruktur bereitgestellten Anbindungsbereiche für die Objektivstruktur und die Lage der ersten und zweiten Koppelungsabschnitte gegeneinander um etwa 60° versetzt sind. Hierdurch ergibt sich eine statisch bestimmte Anbindung des Spiegelkorpus an die Objektivstruktur, durch welche Auswirkungen etwaiger Deformationen im Anbindungsbereich an die Objektivstruktur auf die Abbildungseigenschaften des Spiegels strukturmechanisch vorteilhaft reduziert werden.
Durch die oben beschriebenen Maßnahmen wird es möglich, magnetostriktive Verformungen der Tragstruktur zu reduzieren und eine weitgehende Wärmedehnungsentkopplung zwischen der Objektivstruktur und dem Spiegelkorpus herbeizuführen. In vorteilhafter Weise wird vermieden, dass Dehnungen der Entkopplungselemente durch Magnetostriktion oder durch Wärmedehnung an dem Spiegel nachteilig angreifen und das durch diesen dargestellte optische Element in nicht gewünschter Weise verschieben oder deformieren.
Bei der erfindungsgemäßen Projektionsbelichtungsanlage besteht die Objektivstruktur selbst aus einem vom Material des Spiegels abweichenden Werkstoff. Durch das erfindungsgemäße Lösungskonzept wird es möglich, eine Aufhängung des Spiegels so vorzunehmen, dass die als integraler Bestandteil einer Tragstruktur realisierten und den Spiegel tragenden Entkopplungselemente so weit wie möglich entfernt vom Spiegelzentrum angeordnet werden. Dieser Ansatz bietet sowohl Vorteile bei der Magnetostriktion, da die Magnetfelder meist in Spiegelnähe am höchsten sind, als auch bei der thermalen Ausdehnung, da die Temperatur am Spiegel durch Mirrorheating am höchsten ist. Außerdem bewirken axiale Dehnungen an den Entkopplungs- oder Stützelementen mit größerem Abstand voneinander eine geringere Kippung des Spiegels.
Bei dem erfindungsgemäß gestalteten Spiegelmodul erfolgt die Verbindung von Materialien mit möglichst ähnlichem, letztlich jedoch unterschiedlichem CTE sehr weit entfernt vom eigentlichen Spiegel und die notwendige Tragstruktur zum Spiegel kann aus einem Material mit gleichem oder sehr ähnlichem CTE bestehen. Die Trennung von Spiegel und Tragrahmen ist für die Fertigung des Spiegels günstig und bietet unter fertigungs- und montagetechnischen Gesichtspunkten Kostenvorteile gegenüber einer monolithischen Ausführung. Etwaige dennoch auftretende Deformationen im Bereich der notwendigen Fügestellen können dabei über ein mechanische Spannungen zumindest teilweise kompensierendes mechanisches „Interface“ (z.B. Zapfengeometrie, hervorstehender Ring-Absatz) ausgeglichen werden.
Etwaige Deformationen des Spiegels im Umgebungsbereich der Anbindungsstellen des Spiegelmoduls an die Objektivstruktur, die einen andern CTE haben kann, werden durch die erfindungsgemäß hoch-steife Ausführung der Tragstruktur (MSF) vom Spiegel fern gehalten. Das erfindungsgemäße Konzept ermöglicht eine Deformationsminderung im Bereich von 1/1000.
Soweit im Rahmen des Betriebs der Projektionsbelichtungsanlage das optische Element, d.h. der Spiegelkorpus z.B. über Wärmeeintrag des EUV-Lichts sich stärker erwärmen würde als die Tragstruktur, können hierdurch ggf. verursachte Spannungen zwischen der Tragstruktur und dem optischen Element vermieden werden, indem auch die Tragstruktur ggf. analog zu einem Mirror-Preheating aktiv temperiert wird. Hierdurch können etwaige optisch relevante Verformungen des optischen Elements vermieden werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es auch möglich, im Bereich des Spiegelmoduls, insbesondere der Tragstruktur und des Spiegelkorpus Temperatursensoren vorzusehen und über jene Temperatursensoren die lokalen Erwärmungen (der optischen Elemente, der Tragstruktur, und der Fassungstechnik) zu erfassen und die daraus resultierende potentielle Fehlstellung bzw. Deformation anderweitig (z.B. durch Feedforward-Steuerung/ Regelung der anderen optischen Elemente) zu vermeiden oder zu kompensieren.
Die Erfindung umfasst im Kern ein Spiegelmodul, bestehend aus einem Spiegel und einer Tragstruktur. Die Differenz der Wärmesaudehnungskoeffizienten der hierbei für die Tragstruktur und den Spiegel eingesetzten Materialien beträgt bei Betriebstemperatur weniger als 0,5 × 10^–6K^–1 vorzugsweise weniger als 0,1 × 10^–6K^–1. Der Spiegelkorpus bildet eine in diesen selbst eingeformte Anschlussgeometrie („Fügeinterface“) z.B. in Form eines Freistichs oder Zapfens, welche die Deformationen durch die Verbindung zur Tragstruktur weiter reduziert. Die Tragstruktur (nachfolgend z.T. auch kurz als MSF bezeichnet) besitzt eine höhere Steifigkeit als der Spiegel und insbesondere nur Anteile <0,1% der Deformation der Anbindung zur Objektivstruktur werden hierbei noch an die Fügestelle zum Spiegel übertragen. Der Spiegel ist vorzugsweise direkt mit der Tragstruktur durch eine stoffschlüssige Verbindung, beispielsweise eine finale Klebung, verbunden. Die Entkopplung von Fügeeffekten erfolgt über das genannte geometrische Interface z.B. in Form eines von einem Freistich umsäumten, integral mit dem Spiegelkorpus gefertigten Voll- oder Hohl-Zapfens. Alternativ hierzu, oder auch in Kombination mit diesem Ansatz kann die Auskoppelung oder Reduktion von an dem Spiegelkorpus angreifenden Kräften auch unter Einbindung zusätzliche angefügter Elemente, insbesondere Buchsen bewerkstelligt werden.
Soweit die Anbindung der armartigen Koppelungsabschnitte der Tragstruktur an den Spiegelkorpus über radial von dem optisch funktionalen Bereich der Spiegelfläche abragende Abschnitte des Spiegelkorpus erfolgt, ist es insbesondere auch möglich, dessen in Richtung der Spiegelachse gemessene Dicke in diesen Verbindungszonen so zu reduzieren, dass etwaige aufgezwungene Deformationen in dem geschwächten Bereich erfolgen und nicht, oder deutlich vermindert den die Spiegelfläche tragenden Bereich erfassen.
Die Tragstruktur ist vorzugsweise als hochsteifes Bauteil aus einem ggf. geringfügig magnetostriktiven Werkstoff gefertigt. Es ist jedoch auch möglich die Tragstruktur aus mehreren zunächst zumindest teilweise separat gefertigten Bauteilsabschnitten zusammenzusetzen.
Die Verbindung der Tragstruktur mit dem Spiegelkorpus erfolgt vorzugsweise indem die beiden Bauteile zunächst vollständig auf die für den Betrieb des Spiegelmoduls vorgesehene Betriebstemperatur erwärmt werden. Weiterhin können an der Tragstruktur auch die zur Anbindung an die Objektivstruktur erforderlichen Montagekräfte aufgebracht werden, so dass deren Verformungsbeitrag keine Spannungen im Spiegelkorpus verursacht. Insbesondere kann die Verbindung zwischen dem Spiegelkorpus und der Tragstruktur erfolgen, indem die Bauteile in eine dem Einbauzustand entsprechende räumliche Ausrichtung verbracht werden und die Verbindung der Komponenten in einem Belastungs- und Spannungszustand erfolgt, welcher der Belastung im Betrieb möglichst nahe kommt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die eingangs angegebene Aufgabe erfindungsgemäß auch gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb einer Projektionsbelichtungsanlage mit einem Spiegelmodul, das einen Spiegelkorpus und eine Tragstruktur zur Anbindung des Spiegelkorpus an eine Objektivstruktur aufweist, bei welchem im Rahmen des Betriebs der Projektionsbelichtungsanlage der thermische Zustand des Spiegelkorpus erfasst wird, und die Tragstruktur nach Maßgabe des thermischen Zustands des Spiegelkorpus aktiv temperiert wird.
Hierdurch können die thermischen Verformungen der Tragstruktur und des Spiegelkorpus synchronisiert und etwaige optisch relevante Verformungen der durch den Spiegelkorpus getragenen Spiegelfläche vermieden werden.
Im Rahmen dieses Betriebsverfahrens ist es auch möglich, über Temperatursensoren an der Tragstruktur und an dem Spiegelkorpus die lokalen Erwärmungen zu erfassen und die daraus resultierende potentielle Fehlstellung bzw. Deformation regelungstechnisch zu vermeiden oder zu kompensieren.
Das zur Durchführung dieses Verfahrens eingesetzte Spiegelmodul entspricht vorzugsweise in seinem Aufbau dem oben beschriebenen Spiegelmodul, wobei vorzugsweise der CTE-Unterschied der Materialien des Spiegelkorpus und der Tragstruktur im Umfeld der Betriebstemperatur kleiner ist als 0,5 × 10^–6K^–1 vorzugsweise kleiner als 0,1 × 10^–6K^–1. Im Kontext der vorliegenden Beschreibung bezeichnen die Begriffe Wärmeausdehnungskoeffizient und CTE-Koeffizient, den Längenausdehnungskoeffizienten des jeweiligen Werkstoffs des Spiegels oder der Tragstruktur. Es handelt sich dabei um den werkstoffspezifischen Proportionalitätsfaktor zwischen Längenänderung und Temperaturänderung.
Soweit im Kontext der vorliegenden Beschreibung auf eine Spiegelachse oder Spiegelhauptachse Bezug genommen wird, handelt es sich hierbei um eine Achse die zum einen durch den Flächenschwerpunkt der Spiegelfläche verläuft und zudem zu einer nachfolgend spezifizierten Bezugsebene senkrecht steht. Die genannte Bezugsebene verläuft im wesentlichen parallel zu einer die Spiegelfläche nähernden Ebene. Diese Bezugsebene durchsetzt die Spiegelfläche derart, dass sich bei der Projektion der Spiegelfläche in die Bezugsebene für die auf und unter der Projektion liegenden Zwischenräume zwischen Spiegelfläche und Bezugsebene, gleiche Zwischenraumvolumina ergeben.
Kurzbeschreibung der Figuren
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:
1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Spiegelmoduls mit einem Spiegelkorpus und einer Tragstruktur zur Anbindung des Spiegelkorpus an eine Objektivstruktur;
2 eine vereinfachte Schnittdarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus des Spiegelmoduls im Bereich der die Tragstruktur und den Spiegelkorpus koppelnden Koppelungsabschnitte;
3 eine Schemadarstellung zur weiteren Vertiefung des erfindungsgemäßen Konzepts der Anbindung eines Spiegelkorpus an eine Objektivstruktur;
4 eine Schemadarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage im Bereich der letzten beiden Spiegel des Strahlenweges.
Ausführliche Beschreibung der Figuren
Die Darstellung gemäß 1 veranschaulicht den Aufbau eines erfindungsgemäßen Spiegelmoduls. Dieses Spiegelmodul ist Bestandteil einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage und umfasst einen relativ massiven Spiegelkorpus 1 mit einer durch diesen getragenen Spiegelfläche 1a, sowie eine Tragstruktur 2 zur Anbindung des Spiegelkorpus 1 an eine in dieser Darstellung nicht weiter gezeigte Objektivstruktur (vgl. ggf. 3, Bezugszeichen 8). Bei diesem erfindungsgemäßen Spiegelmodul sind die Tragstruktur 2 und der Spiegelkorpus 1 über mehrere Koppelabschnitte 2a, 2b, 2c (der Koppelabschnitt 2c ist durch den Spiegelkorpus 1 verdeckt) miteinander verbunden, wobei diese Koppelabschnitte 2a, 2b, 2c derart positioniert sind, dass deren jeweiliger Abstand a1, a2, a3 zu einem Flächenzentrum Z der Spiegelfläche 1a größer ist, als der 0,8-fache Radius eines zur Spiegelfläche 1a des Spiegelkorpus 1 flächenäquivalenten Kreises.
Das hier dargestellte erfindungsgemäße Spiegelmodul ist weiterhin so aufgebaut, dass die Tragstruktur 2 einen in der Art eines in sich geschlossenen Torus gestalteten Grundkörper aufweist. Der Torus ist so ausgeführt, dass dieser eine hier annähernd rechteckige Torusöffnung 3 umsäumt, deren Öffnungsquerschnitt größer ist als der 0,64-fache Flächenteil der Spiegelfläche 1a. Die Koppelabschnitte 2a, 2b, 2c sind bei diesem Beispiel integral mit dem die Tragstruktur bildenden Grundkörper ausgebildet. Sie bestehen insoweit aus dem gleichen Werkstoff wie der ringartige Grundkörper der Tragstruktur. Der Werkstoff des Spiegelkorpus 1 und der Werkstoff der Tragstruktur 2 sind derart aufeinander abgestimmt, dass im Umgebungsbereich einer Betriebstemperatur, die bei Betrieb einer entsprechenden EUV-Projektionsbelichtungsanlage, deren Bestandteil dieses Spiegelmodul ist, erreicht wird, der CTE-Unterschied der Materialien unter dem Wert von 0,5 × 10^–6K^–1 vorzugsweise unter 0,1 × 10^–6K^–1 liegt. Die Betriebstemperatur des Spiegelmoduls entspricht hierbei jener mittleren Werkstofftemperatur des Spiegelkorpus die sich in dem Spiegelkorpus im Anschlussbereich der Koppelabschnitte 2a, 2b, 2c einstellt. Weiterhin ist die Tragstruktur 2 so ausgebildet, dass diese eine höhere strukturmechanische Steifigkeit besitzt, als der Spiegelkorpus 1. In diesem Beispiel befindet sich die Spiegelfläche 1a auf der, der Tragstruktur 2 zugewandten Seite des Spiegelkorpus 1 und der Strahlenzugang erfolgt über die von der Tragstruktur 2 umsäumte Öffnung 3.
Die Tragstruktur 2 ist hinsichtlich der Lage und der Gestaltung der Anbindungszonen 4, 5, 6 (die Anbindungszone 6 in dieser Darstellung durch den Spiegelkorpus 1 vollständig verdeckt) an die Objektivstruktur derart ausgebildet, dass sich die im Rahmen der Betriebskräfte ergebenden Deformationsanteile der Anbindung der Tragstruktur 2 an die Objektivstruktur in einem Ausmaß von weniger als 0,1% in den Anbindungsbereich der Koppelungsabschnitte 2a, 2b, 2c der Tragstruktur 2 an den Spiegelkorpus 1 übertragen. Die Fixierung der Tragstruktur 2 an der Objektivstruktur erfolgt unter möglicht geringer Verformung der Tragstruktur 2 im Bereich der Anbindungszonen 4, 5, 6. Die Anbindungszonen 4, 5, 6 sind derart weit von einem Flächenschwerpunkt der Spiegelfläche 1a entfernt, dass sie außerhalb einer Projektion des optisch relevanten Bereichs der Spiegelfläche 1a in eine durch die Tragzentren der Anbindungszonen 4, 5, 6 definierten Bezugsebene liegen.
Wie in Verbindung mit 2 noch vertieft ausgeführt werden wird, ist in dem Spiegelkorpus 1 im Bereich der jeweiligen Anbindung an einen Koppelabschnitt 2a, 2b, 2c der Tragstruktur 2 eine Koppelungsgeometrie zur Auskoppelung oder Reduktion von Spannungen, die sich im Wege einer Verklebung oder anderweitigen Verbindung des Spiegelkorpus 1 mit der Tragstruktur 2 ergeben, ausgebildet. Die Koppelabschnitte 2a, 2b, 2c sind vorzugsweise wie dargestellt, als integral mit der Tragstruktur 2 ausgebildete Armabschnitte gestaltet. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel bilden die jeweiligen Armabschnitte eine sog. Bipodstruktur mit zwei zueinander angestellten Schenkeln 2b1, 2b2, die eine Durchgangsöffnung 2b3 begrenzen.
Der Spiegelkorpus 1 kann abweichend von der hier veranschaulichten Ausführungsform auch derart gestaltet sein, dass dieser bei Betrachtung aus der Richtung einer durch den Flächenschwerpunkt der Spiegelfläche 1a verlaufenden Spiegelachse X einen unrunden Querschnitt aufweist. Die hierbei mit den Koppelabschnitten 2a, 2b, 2c der Tragstruktur 2 verbundenen Abschnitte 1b, 1c, 1d des Spiegelkorpus 1 können dann beispielsweise als radial auskragende und dabei über die Projektion der Torusöffnung 3 in eine zur Spiegelachse X normale Ebene radial auskragende Tragabschnitte ausgeführt werden.
Die den Spiegelkorpus 1 tragenden Koppelabschnitte 2a, 2b der Tragstruktur 2, befinden sich auf einander bezüglich der Torusöffnung 3 gegenüberliegenden Seiten der Tragstruktur. Die Verbindung des Spiegelkorpus 1 mit jenen Koppelabschnitten 2a, 2b erfolgt vorzugsweise wie hier dargestellt, in einem Bereich des Spiegelkorpus 1 der außerhalb einer Normal-Projektion der Torusöffnung 3 auf den Spiegelkorpus 1 liegt. Bei einer unrunden Gestaltung der Außenkontur des Spiegelkorpus können diese mit den Koppelabschnitten 2a, 2b, ggf. auch 2d verbundenen Bereiche des Spiegelkorpus 1 so gestaltet sein, dass diese sich als lokal ohrenartig ausbauchende Abschnitte 1b und 1c darstellen. Diese Koppelabschnitte 2a, 2b definieren eine Aufhängungsachse X1. Die hier als Bipode realisierten Koppelabschnitte 2a, 2b sind so gestaltet, dass ein gewisser Kippfreiheitsgrad um jene Aufhängungsachse X1 besteht. Die dann statisch bestimmte Festlegung des Spiegelkorpus 1 gegen eine Kippung um jene Achse X1 wird durch den in dieser Darstellung verdeckten dritten Koppelungsabschnitt 2c erreicht. Die geometrische Anordnung dieses dritten Koppelabschnitts 2c ist vorzugsweise so getroffen, dass das Zentrum des den Spiegelkorpus 1 im Bereich des dritten Koppelungsabschnittes 2c tragenden Kräftesystems sich auf einer Achse X2 befindet, wobei diese Achse X2 hierbei in einer zur Achse X1 normalen und sich hierbei mittig zwischen den Tragzentren der Koppelabschnitte 2a, 2b erstreckenden Ebene verläuft.
Die Anbindung der Tragstruktur 2 an die hier nicht weiter dargestellte Objektivstruktur erfolgt über drei Anbindungsbereiche 4, 5, 6. Die Koppelung der Tragstruktur 2 mit dem Spiegelkorpus 1 erfolgt wie beschrieben vorzugsweise ebenfalls über drei Anbindungsbereiche.
In 2 ist in Form einer Detaildarstellung im Schnitt der Aufbau des erfindungsgemäßen Spiegelmoduls im Bereich eines Koppelungsabschnitts 2a dargestellt. Diese Beschreibung gilt auch für den Aufbau des Spiegelmoduls im Bereich der in 1 dargestellten weiteren Koppelungsabschnitte 2b und 2c.
Der Grundkörper der Tragstruktur 2 ist gegenüber dem Spiegelkorpus 1 axial versetzt. Die Versatzstrecke wird durch den jeweiligen Koppelungsabschnitt – hier der Koppelungsabschnitt 2a, überbrückt. Der Koppelungsabschnitt 2a ist vorzugsweise wie hier dargestellt integral mit dem Grundkörper der Tragstruktur 2 ausgebildet und hierbei als Bipod gestaltet. Dieses Bipod bildet zwei Schenkel, von welchen in dieser Darstellung nur der „hintere“ Schenkel 2a2 erkennbar ist. Diese Schenkel sind zur Erhöhung der Struktursteifigkeit vorzugsweise wie dargestellt zueinander geneigt („angestellt“) angeordnet und über einen Brückenkopfabschnitt 2a3 miteinander verbunden.
Der Brückenkopfabschnitt 2a3 ist über eine Fügestelle 7 mit dem Spiegelkorpus 1 verbunden. In dem Spiegelkorpus 1 ist im Umgebungsbereich der Fügestelle 7 eine der Auskoppelung von Spannungen dienende Sondergeometrie, hier beispielhaft in Form eines zylindrischen Freistiches 1e, realisiert. Diese hier lediglich beispielhaft dargestellte Sondergeometrie bewirkt eine Reduktion von Verformungen des Spiegelkorpus 1 im Bereich der Spiegelfläche 1a, die durch etwaige lokale Spannungen im Bereich der Fügestelle 7 veranlasst werden. Die Fügestelle 7 erstreckt sich bei diesem Ausführungsbeispiel entlang einer Ringfläche, die von dem Freistich 1e und einer mit der Bohrung 2a4 fluchtenden Spiegelbohrung 1f begrenzt wird. Der Bodenbereich 1g des Freistichs ist verrundet ausgeführt. Alternativ zu der hier gezeigten Gestaltung des Freistiches 1e ist es auch möglich, diesen Freistich 1e so zu gestalten, dass der von diesem umsäumte Zapfen 1h außenseitig von einer nicht-zylindrischen Mantelfläche, insbesondere einer Konusfläche begrenzt ist.
Es ist möglich, in die hier dargestellten Bohrungen 2a4, 1f ein Zapfenelement einzusetzen, das insbesondere aus einem Werkstoff gefertigt ist, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient im relevanten Temperaturbereich dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Spiegelkorpus 1 entspricht. An dem Schenkel 2a2 kann wenigstens ein Temperatursensor und ggf. auch eine Heizeinrichtung angebunden sein, welche eine Erfassung der Temperatur des Schenkels 2a2 und ggf. eine aktive Temperierung desselben ermöglicht. Der Koppelungsabschnitt 2a ist mit dem Ringtorus der Tragstruktur über einen Fußbereich 2a5 gekoppelt. Auf einer dem Fußbereich 2a5 abgewandten Seite des Ringtorus ist in diesen eine Senkung 2a6 eingeformt welche die Steifigkeit der Tragstruktur 2 in diesem Bereich gegenüber einer voll ausgefüllten Bauform reduziert.
Bei der hier gezeigten Variante erfolgt die Verbindung des Koppelungsabschnitts 2a mit dem Spiegelkorpus 1 über eine stumpfe Verklebung. Es ist möglich, in diesem Verbindungsbereich zwischen dem Koppelungsabschnitt 2a und dem Spiegelkorpus 1 Komplementärgeometrien vorzusehen, durch welche die strukturmechanischen Eigenschaften dieser Verbindungsstelle weiter abgestimmt werden können. Diese Komplementärgeometrien können insbesondere als zu einem Tragzentrum des Verbindungsbereiches kreissymmetrische Axialprofilierungen realisiert sein. In diesem Bereich können auch weitere Zwischenelemente vorgesehen werden die als solche die für die Übertragung der Betriebskräfte erforderliche Bauteilsbelastung hinsichtlich der hierbei auftretenden Materialspannungen und Verformungen begünstigen, oder zumindest so beeinflussen, dass sich im optisch funktionalen Bereich der Spiegelfläche 1a möglichst geringe Verformungen ergeben.
In 3 ist in Form einer Schemadarstellung das Konzept der Anbindung eines Spiegelkorpus 1 an eine Objektivstruktur unter Einsatz einer erfindungsgemäß gestalteten Tragstruktur weiter veranschaulicht. Der Spiegelkorpus 1 und die Tragstruktur 2 bilden ein Spiegelmodul, das über die Tragstruktur 2 an einer Objektivstruktur 8 einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage befestigt ist. Die Differenz der Wärmeausdehnungs-koeffizienten der hierbei für die Tragstruktur 2 und den Spiegelkorpus 1 eingesetzten Materialien beträgt bei Betriebstemperatur weniger als 0,5 × 10^–6K^–1 vorzugsweise weniger als 0,1 × 10^–6K^–1.
Der Spiegelkorpus 1 bildet eine in diesen selbst eingeformte Anschlussgeometrie (z.B. wie in 2 dargestellt in Form eines Freistichs oder Zapfens), welche die Deformationen durch die Verbindung zur Tragstruktur 2 weiter reduziert. Die Steifigkeit des Systems im Bereich der Anschlussgeometrie der Tragstruktur 2 und des Spiegelkorpus 1 ist hier als Feder S1 symbolisiert. Die Tragstruktur 2 besitzt eine hohe strukturmechanische Steifigkeit. Diese Steifigkeit ist derart abgestimmt, dass vorzugsweise nur Anteile < 0,1% etwaiger Deformationen aus dem Bereich der Anbindung zur Objektivstruktur 8 sich in den Bereich der jeweiligen Fügestelle zum Spiegelkorpus 1 übertragen. Die Tragstruktur 2 hat vorzugsweise eine höhere strukturmechanische Steifigkeit als der Spiegelkorpus 1. Der Spiegelkorpus 1 ist vorzugsweise wie hier dargestellt direkt mit der Tragstruktur 2 über eine Fügestelle verbunden. Die Entkopplung von lokalen Fügeeffekten erfolgt über das genannte geometrische Interface z.B. in Form eines von einem Freistich umsäumten, integral mit dem Spiegelkorpus 1 gefertigten Zapfens der sich in dem radial ausbauchenden Abschnitt 1b des Spiegelkorpus 1 erstreckt.
Die Lage der Verbindungsstelle zwischen dem Spiegelkorpus und der Tragstruktur 2 ist so gewählt, dass diese einen möglichst großen Abstand zum Spiegelzentrum und zudem einen möglichst großen Abstand zum aktiv von der EUV-Strahlung beleuchteten Bereich des Spiegelkorpus erreicht. Die Tragstruktur 2 ist insgesamt so gestaltet, dass diese die Koppelungsabschnitte 2a (2b, 2c) hochsteif zusammenfasst, wobei sich ggf. eine ringartige Struktur möglichst vollständig außerhalb eines noch von der EUV-Strahlung erfassten Bereiches auf einer der Spiegelfläche 1a zugewandten Seite des Spiegelkorpus 1 erstreckt.
Die Anbindung der Tragstruktur 2 an die Objektivstruktur 8 ist durch das Federsymbol S2 symbolisiert.
Die Anbindung des Spiegelkorpus 1 an die Tragstruktur 2 erfolgt bei der dargestellten Ausführungsform über mindestens drei tragende Verbindungsstellen. Die Anbindung der Tragstruktur 2 an die Objektivstruktur 8 erfolgt ebenfalls über mindestens drei Verbindungsstellen.
Die Darstellung nach 4 veranschaulicht den Aufbau einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage zur Belichtung eines Wafers W in einer Wafer-Belichtungszone RZ. Die Projektionsbelichtungsanlage umfasst hierbei eine Objektivstruktur 8, sowie eine Spiegelanordnung mit mehreren Spiegeln M5, M6 die in unterschiedlichen Abständen von jener Wafer-Belichtungszone RZ angeordnet sind. Bei der erfindungsgemäßen Projektionsbelichtungsanlage ist derjenige Spiegel M5 der Spiegelanordnung der bezüglich der Lage seiner Spiegelfläche 1a den geringsten Abstand zu der Wafer-Belichtungszone RZ aufweist durch ein Spiegelmodul bereitgestellt, das einen Spiegelkorpus 1 mit einer Spiegelfläche 1a, und eine Tragstruktur 2 zur Anbindung des Spiegelkorpus 1 an die Objektivstruktur 8 umfasst. Die Anbindung der Tragstruktur 2 an die Objektivstruktur 8 erfolgt in einem Bereich, welcher von der Wafer-Belichtungszone RZ weiter beabstandet ist als die Spiegelfläche 1a von der Wafer-Belichtungszone RZ. Unter der Angabe „Abstand von der Wafer-Belichtungszone“ ist im vorliegenden Kontext der geringste sich zwischen einem Punkt der Wafer-Belichtungszone und einem Punkt auf der Spiegelfläche 1a ergebende Abstand zu verstehen.
Das Spiegelmodul welches den Spiegel M5 umfasst trägt den Spiegel mit dem geringsten Abstand zur Waferbelichtungszone RZ. Dieses Spiegelmodul umfasst die genannte Tragstruktur 2. Die Tragstruktur 2 bildet eine erste Anbindung zum Anbinden des Spiegelkorpus 1 des Spiegels M5 an der Tragstruktur 2. Die Tragstruktur 2 bildet zudem eine zweite Anbindung zum Anbinden der Tragestruktur 2 an die Objektivstruktur 8.
Die zweite Anbindung der Tragstruktur 2 an die Objektivstruktur 8 befindet sich in einem Bereich, welcher von der Wafer-Belichtungszone RZ weiter beabstandet ist, als die Spiegelfläche 1a von der Wafer-Belichtungszone RZ. Die Anbindung der Tragstruktur 2 an die Objektivstruktur 8 kann hierbei vorzugsweise in einem Bereich erfolgen, der zwischen dem 1,5-fachen und dem 5-fachen des geringsten Abstandes der Spiegelfläche 1a von der Waferbelichtungszone RZ, von dieser Wafer-Belichtungszone RZ beabstandet ist.
Weiterhin kann in vorteilhafter Weise die Anbindung der Tragstruktur 2 an die Objektivstruktur 8 derart bewerkstelligt werden, dass der Betrag der Differenz zwischen dem Abstand der ersten und der zweiten Anbindung zur Wafer-Belichtungszone Rz kleiner ist, als das Vierfache des genannten geringsten Abstandes der Spiegelfläche 1a von der Wafer-Belichtungszone Rz.
Die Anbindung der Tragstruktur 2 an die Objektivstruktur 8 kann weiterhin insbesondere in einem Abstand von der Wafer-Belichtungszone erfolgen, welcher um ein Abstandsmaß größer ist als der Abstand der Spiegelfläche 1a von der Wafer-Belichtungszone RZ, wobei dieses Abstandsmaß vorzugsweise wenigstens der mittleren, quer zur Spiegelfläche 1a gemessenen Dicke des Spiegelkorpus 1 entspricht.
Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Tragstruktur 2 und auch der Spiegelkorpus aus einem nicht-magnetostriktiven Glaskeramik-Werkstoff gefertigt. Es ist jedoch auch möglich, insbesondere die Tragstruktur aus einem ggf. magnetostriktive Eigenschaften aufweisenden Werkstoff zu fertigen, da auf Grundlage des erfindungsgemäßen Aufhängungskonzeptes des Spiegelkorpus 1 die Tragstrukur einen großen Abstand zur Waferbelichtungszone RZ aufweist.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt über den der Wafer-Belichtungszone RZ am engsten benachbarten Spiegel M5 der Spiegelanordnung eine Lichtreflektion in eine der Waferbelichtungszone RZ abgewandte Richtung. Das den im Strahlenweg vorletzten Spiegel M5 bildende Spiegelmodul ist derart aufgebaut, dass die Tragstruktur 2 und der Spiegelkorpus 1 über mehrere Koppelabschnitte 2a, 2b, 2c miteinander verbunden sind und diese Koppelabschnitte 2a, 2b, 2c radial zur Spiegelachse X von einem Flächenzentrum der Spiegelfläche 1a beabstandet sind, wobei der Werkstoff des Spiegelkorpus 1 und der Werkstoff der Tragstruktur 2 derart aufeinander abgestimmt sind, dass im Umfeld einer Betriebstemperatur welche das Spiegelmodul im Rahmen seines Betriebs innerhalb der Projektionsbelichtungsanlage im Bereich der Koppelabschnitte 2a, 2b, 2c erreicht, der CTE-Unterschied der Materialien unter dem Wert von 0,5 × 10^–6K^–1 liegt. Jenes Temperaturumfeld hat gegenüber der sich im Rahmen des Betriebs der Projektionsbelichtungsanlage im Bereich der Koppelabschnitte einstellenden mittleren Temperatur vorzugsweise eine Breite von +/–25K.
Es ist gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise möglich, die sich im Rahmen des Betriebs der Projektionsbelichtungsanlage für den Spiegelkorpus und die Tragstruktur ergebende innere Temperaturverteilung zu ermitteln oder rechnerisch zu simulieren, dann die thermischen Verformungen der Tragstruktur und des Spiegelkorpus für betriebsmäßig mögliche Abweichungen der Temperaturverteilung zu bestimmen und/oder zu errechen, und/oder zumindest annäherungsweise zu modellieren und dann die CTE-Eigenschaften des Spiegelkorpus und der Tragstruktur so aufeinander abzustimmen, dass sich für diese Abweichungen der Temperaturverteilung ein Synchronmaximum der thermisch bedingten Lageänderungen, d.h. ein möglichst ähnlicher Gleichlauf der miteinander verbundenen, oder eng benachbarten Bereiche des Spiegelkorpus und der Tragstruktur ergibt. Dieser Gleichlauf wird vorzugsweise für einen Belastungszustand ermittelt der dem Belastungszustand der Tragstruktur und des Spiegelkorpus im Einbauszustand entspricht.
Der Spiegelkorpus und die Tragstruktur werden zunächst als separate Strukturen gefertigt und miteinander verbunden im Bereich der zur Verbindung der Tragstruktur mit dem Spiegelkorpus herangezogenen Bauteilszonen sind geometrische Strukturen, beispielsweise in Form des beschriebenen Freistichs ausgebildet, die dazu dienen, Verformungen des Spiegelkorpus in seinem die Spiegelfläche tragenden Bereich zu vermeiden oder zu reduzieren, soweit sich diese aus Kräftesystemen ergeben die sich aus der Verbindung der Tragstruktur mit dem Spiegelkorpus ergeben.
Bezugszeichenliste

1: Spiegelkorpus
1a: Spiegelfläche
1b: Abschnitt
1c: Abschnitt
1d: Abschnitt
1e: Freistich
1f: Spiegelbohrung
1g: Bodenbereich
1h: Zapfen
2: Tragstruktur
2a: Koppelungsabschnitt
2b: Koppelungsabschnitt
2c: Koppelungsabschnitt
2a2: Schenkel
2b1: Schenkel
2b2: Schenkel
2b3: Durchgangsöffnung
2a3: Brückenkopfabschnitt
2a4: Bohrung
2a5: Fußbereich
2a6: Senkung
3: Torusöffnung
4: Anbindungszone
5: Anbindungszone
6: Anbindungszone
7: Fügestelle
8: Objektivstruktur
a1: Abstand
a2: Abstand
a3: Abstand
M5: Spiegel
M6: Spiegel
RZ: Wafer-Belichtungszone
S1: Feder
S2: Federsymbol
W: Wafer
X: Spiegelhauptachse
X1: Aufhängungsachse
X2: Achse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2013/120839 A2 [0002]

Claims

Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage zur Belichtung eines Wafers (W) in einer Wafer-Belichtungszone (RZ), mit: – einer Objektivstruktur (8), mit – einer Spiegelanordnung mit mehreren Spiegeln (M5, M6) die in unterschiedlichen Abständen von der Wafer-Belichtungszone (RZ) angeordnet sind, – wobei ein Spiegel (M5) mit einer Spiegelfläche (1a) und einem Spiegelkorpus (1) einen, im Vergleich zu den anderen Spiegeln geringsten Abstand seiner Spiegelfläche (1a) zu der Wafer-Belichtungszone (RZ) aufweist und durch ein Spiegelmodul bereitgestellt ist, – wobei das Spiegelmodul den Spiegel (M5) mit dem geringsten Abstand und eine Tragstruktur (2) mit einer ersten Anbindung zum Anbinden des Spiegelkorpus (1) des Spiegels (M5) an der Tragstruktur (2) und eine zweite Anbindung zum Anbinden der Tragestruktur (2) an die Objektivstruktur (8) umfasst, und – wobei sich die zweite Anbindung der Tragstruktur (2) an die Objektivstruktur (8) in einem Bereich befindet, welcher von der Wafer-Belichtungszone (RZ) weiter beabstandet ist, als die Spiegelfläche (1a) von der Wafer-Belichtungszone (RZ).
Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anbindung der Tragstruktur (2) an die Objektivstruktur (8) in einem Bereich erfolgt, der zwischen dem 1,5-fachen und dem 5-fachen des geringsten Abstandes der Spiegelfläche (1a) von der Waferbelichtungszone (RZ), von der Wafer-Belichtungszone (RZ) beabstandet ist.
Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anbindung der Tragstruktur (2) an die Objektivstruktur (8) derart bewerkstelligt wird, dass der Betrag der Differenz zwischen dem Abstand der ersten und der zweiten Anbindung zur Wafer-Belichtungszone (Rz) kleiner ist, als das Vierfache des genannten geringsten Abstandes der Spiegelfläche (1a) von der Wafer-Belichtungszone (Rz).
Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anbindung der Tragstruktur (2) an die Objektivstruktur (8) in einem Abstand von der Wafer-Belichtungszone (RZ) erfolgt, welcher um ein Abstandsmaß größer ist als der Abstand der Spiegelfläche (1a) von der Wafer-Belichtungszone, wobei dieses Abstandsmaß wenigstens der mittleren, normal zur Spiegelfläche (1a) gemessenen Dicke des Spiegelkorpus (1) entspricht.
Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur (2) einen magnetostriktiven Werkstoff umfasst oder aus einem solchen gefertigt ist.
Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass über den der Wafer-Belichtungszone (RZ) am engsten benachbarten Spiegel (M5) der Spiegelanordnung eine Lichtreflektion in eine der Wafer-Belichtungszone (RZ) abgewandte Richtung erfolgt.
Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Spiegelmodul derart aufgebaut ist, dass die Tragstruktur (2) und der Spiegelkorpus (1) über mehrere Koppelabschnitte (2a, 2b, 2c) miteinander verbunden sind und diese Koppelabschnitte (2a, 2b, 2c) radial zu einer Spiegelachse (X) von einem Flächenzentrum (Z) der Spiegelfläche (1a) beabstandet sind, wobei der Werkstoff des Spiegelkorpus (1) und der Werkstoff der Tragstruktur (2) derart aufeinander abgestimmt sind, dass in einem Temperaturintervall um eine Betriebstemperatur welche das Spiegelmodul im Rahmen seines Betriebs innerhalb der Projektionsbelichtungsanlage im Bereich der Koppelabschnitte (2a, 2b, 2c) erreicht, der CTE-Unterschied der Materialien unter dem Wert von 0,5 × 10^–6K^–1 liegt.
Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage mit: – einem Spiegelmodul das einen Spiegel mit einem Spiegelkorpus (1) und einer Spiegelfläche (1a), sowie eine Tragstruktur (2) zur Anbindung des Spiegelkorpus (1) an eine Objektivstruktur (8) umfasst, wobei der Spiegelkorpus (1) einen mittleren ersten Längenausdehnungskoeffizienten CTE1 aufweist, und – wobei die Tragstruktur (2), welche einen mittleren zweiten Längenausdehnungskoeffizienten CTE2 aufweist, und der Spiegelkorpus (1) über mehrere Koppelabschnitte (2a, 2b, 2c) miteinander verbunden sind und diese Koppelabschnitte (2a, 2b, 2c) von einem Flächenzentrum (Z) der Spiegelfläche (1a) beabstandet sind, und – der Werkstoff des Spiegelkorpus (1) und der Werkstoff der Tragstruktur (2) derart aufeinander abgestimmt sind, dass in einem Temperaturintervall um eine Betriebstemperatur, welche das Spiegelmodul im Rahmen seines Betriebs im Bereich der Koppelabschnitte (2a, 2b, 2c) erreicht, der CTE-Unterschied, gegeben durch den Betrag der Differenz des ersten und zweiten Längenausdehnungskoeffizienten kleiner als 0,5 × 10^–6K^–1 ist, und dabei für eine Temperatur in dem Temperaturintervall Null sein kann.
Spiegelmodul, insbesondere für eine Projektionsbelichtungsanlage nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8 mit: – einem Spiegelkorpus (1) mit einer Spiegelfläche (1a), und – einer Tragstruktur (2) zur Anbindung des Spiegelkorpus (1) an eine Objektivstruktur (8), – wobei die Tragstruktur (2) und der Spiegelkorpus (1) über mehrere Koppelabschnitte (2a, 2b, 2c) miteinander verbunden sind und diese Koppelabschnitte (2a, 2b, 2c) von einem Flächenzentrum (Z) der Spiegelfläche (1a) beabstandet sind, und – der Werkstoff des Spiegelkorpus (1) und der Werkstoff der Tragstruktur (2) derart aufeinander abgestimmt sind, dass in einem Temperaturumfeld um eine Betriebstemperatur welche das Spiegelmodul im Rahmen seines Betriebs im Bereich der Koppelabschnitte (2a, 2b, 2c) erreicht, der CTE-Unterschied der Materialien betragsmäßig unter dem Wert von 0,5 × 10^–6K^–1 liegt.
Spiegelmodul nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet dass die Werkstoffabstimmung derart getroffen ist, dass sich das Temperaturumfeld innerhalb dessen der CTE-Unterschied der Materialien der Tragstruktur (2) und des Spiegelkorpus (1) unter dem Wert von 0,5 × 10^–6K^–1 liegt, über einen Bereich von +/–25K gegenüber der Betriebstemperatur erstreckt.
Spiegelmodul nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet,, dass die Koppelabschnitte (2a, 2b, 2c) derart positioniert sind, dass deren jeweiliger Abstand (a1, a2, a3) zu dem Flächenzentrum (Z) der Spiegelfläche (1a) größer ist, als der 0,8-fache Radius eines zur Spiegelfläche flächenäquivalenten Kreises.
Spiegelmodul nach wenigstens einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegelseite (1a) sich auf einer der Tragstruktur 2 zugewandten Seite des Spiegelkorpus (1) erstreckt, und die Tragstruktur (2) einen ring- oder rahmenartig geschlossenen Grundkörper aufweist.
Spiegelmodul nach wenigstens einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegelseite (1a) sich auf einer der Tragstruktur (2) abgewandten Seite des Spiegelkorpus (1) erstreckt, und die Tragstruktur (2) einen der Rückseite des Spiegels zugewandten Plattenabschnitt umfasst.
Spiegelmodul nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper eine Torusöffnung (3) umsäumt, deren Öffnungsquerschnitt größer ist als der 0,64-fache Flächenteil der Spiegelfläche (1a).
Spiegelmodul nach wenigstens einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppelabschnitte (2a, 2b, 2c) integrale Bestandteile der Tragstruktur (2) sind.
Spiegelmodul nach wenigstens einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur (2) aus mehreren zunächst zumindest teilweise separat gefertigten Bauteilsabschnitten zusammengesetzt ist..
Spiegelmodul nach wenigstens einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Spiegelmodul Bestandteil einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage ist.
Spiegelmodul nach wenigstens einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff des Spiegelkorpus (1) und der Werkstoff der Tragstruktur (2) derart aufeinander abgestimmt sind, dass der CTE-Unterschied der Materialien unter dem Wert von 0,1 × 10^–6K^–1 liegt.
Spiegelmodul nach wenigstens einem der Ansprüche 9 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur (2) eine höhere Steifigkeit besitzt als der Spiegelkorpus (1).
Spiegelmodul nach wenigstens einem der Ansprüche 9 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur (2) hinsichtlich Lage und Gestaltung der Anbindungszonen (4, 5, 6) an die Objektivstruktur (8) derart ausgebildet ist, dass die im Rahmen der Betriebskräfte ergebenden Deformationsanteile der Anbindung der Tragstruktur (2) an die Objektivstruktur (8) sich in einem Ausmaß von weniger als 0,1% in den Anbindungsbereich des Spiegelkorpus (1) an die Tragstruktur (2) übertragen.
Spiegelmodul nach wenigstens einem der Ansprüche 9 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Spiegelkorpus (1) im Bereich der jeweiligen Anbindung an einen Koppelabschnitt (2a, 2b, 2c) der Tragstruktur (2) eine Anschlussgeometrie (1e) ausgebildet ist, zur Auskoppelung oder Reduktion von Kräften, die sich durch den Fügeprozess des Spiegelkorpus (1) mit der Tragstruktur (2) ergeben.
Spiegelmodul nach wenigstens einem der Ansprüche 9 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskoppelung oder Reduktion von an dem Spiegelkorpus angreifenden Kräften unter Einbindung zusätzliche angefügter Elemente, insbesondere Buchsen bewerkstelligt wird.
Spiegelmodul nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussgeometrie in der Art eines Zapfens (1h) gestaltet ist, der von einem in den Spiegelkorpus (1) eindringenden Freistich (1e) umsäumt ist und auf seiner der Spiegelfläche (1a) abgewandten Stirnseite eine Fügestelle (7) trägt.
Spiegelmodul nach wenigstens einem der Ansprüche 9 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppelabschnitte (2a, 2b, 2c) als integral mit der Tragstruktur (2) ausgebildete Armabschnitte gestaltet sind, und dass der jeweilige Armabschnitt eine Bipodstruktur bildet.
Spiegelmodul nach wenigstens einem der Ansprüche 9 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Spiegelkorpus (1) derart gestaltet ist, dass dieser bei Betrachtung aus Richtung einer Spiegelachse (X) eine unrunde Außenkontur aufweist, und dass sich jene mit den Koppelabschnitten (2a, 2b, 2c) der Tragstruktur (2) verbundenen Abschnitte (1b, 1c, 1d) des Spiegelkorpus (1) als über die Projektion der Torusöffnung in eine zur Spiegelhauptachse (X) normale Ebene radial auskragende Abschnitte darstellen.
Verfahren zum Betrieb einer Projektionsbelichtungsanlage mit einem Spiegelmodul, das einen Spiegelkorpus und eine Tragstruktur zur Anbindung des Spiegelkorpus an eine Objektivstruktur aufweist, bei welchem im Rahmen des Betriebs der Projektionsbelichtungsanlage der thermische Zustand des Spiegelkorpus erfasst wird, und die Tragstruktur nach Maßgabe des thermischen Zustands des Spiegelkorpus aktiv temperiert wird.
Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen dieses Betriebs der Projektionsbelichtungsanlage über Temperatursensoren an der Tragstruktur und an dem Spiegelkorpus die lokalen Temperaturzustände und/oder Temperaturänderungen erfasst werden und die daraus resultierende potentiellen Deformation durch aktive Temperierung der Tragstruktur und/oder des Spiegelkorpus regelungstechnisch kompensiert werden.