DE102014218969A1

DE102014218969A1 - Optische Anordnung einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage

Info

Publication number: DE102014218969A1
Application number: DE102014218969.1A
Authority: DE
Inventors: Jens Prochnau; Dirk Schaffer
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2014-09-22
Filing date: 2014-09-22
Publication date: 2016-04-28
Also published as: CN107077076B; CN107077076A; US10007186B2; TW201617742A; WO2016045778A1; US20170192360A1; TWI684069B

Abstract

Eine optische Anordnung einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage (10) weist ein Spiegelelement (M6) auf, das ein Spiegelsubstrat (34) und einen auf einer Oberfläche des Spiegelsubstrats (34) ausgebildeten Reflexionsbereich hat. Zur Anordnung gehört außerdem mindestens einen Aktuator (46), der dazu eingerichtet ist, das Spiegelelement (M6) in mindestens einem Freiheitsgrad zu bewegen, und ein Lagerungselement (42), das an dem Spiegelsubstrat (34) angreift. Erfindungsgemäß hält das Lagerungselement (42) alleine das Spiegelelement (M6) zumindest annähernd in einer Gleichgewichtslage, so dass der mindestens eine Aktuator (46) in der Gleichgewichtslage zumindest annähernd kräftefrei ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine optische Anordnung einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, die beispielsweise für Wellenlängen im extremen ultravioletten Spektralbereich (EUV) ausgelegt sein kann. Die optische Anordnung kann dabei insbesondere in einem Beleuchtungssystem oder einem Objektiv einer solchen Anlage enthalten sein.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Mittels mikrolithographischer Projektionsbelichtungsanlagen werden Strukturen, die auf einer Maske angeordnet sind, auf eine lichtempfindliche Schicht wie beispielsweise ein Photolack übertragen. Die lichtempfindliche Schicht befindet sich dabei auf einem Wafer oder einem anderen Substrat. Die Projektionsbelichtungsanlage umfasst in der Regel eine Lichtquelle, ein Beleuchtungssystem, das von der Lichtquelle erzeugtes Projektionslicht aufbereitet und auf die Maske richtet, und ein Objektiv, das die von dem Projektionslicht beleuchtete Maske auf die lichtempfindliche Schicht abbildet.
Je kürzer die Wellenlänge des Projektionslichts ist, desto kleinere Strukturen lassen sich auf der lichtempfindlichen Schicht mit Hilfe der Projektionsbelichtungsanlage erzeugen. Die jüngste Generation von Projektionsbelichtungsanlagen verwendet Projektionslicht mit einer Mittenwellenlänge von etwa 13.5 nm, die somit im extremen ultravioletten Spektralbereich (EUV) liegt. Derartige Anlagen werden häufig kurz als EUV-Projektionsbelichtungsanlagen bezeichnet.
Es gibt allerdings keine optischen Materialien, die für derart kurze Wellenlängen ein ausreichend hohes Transmissionsvermögen haben. Daher sind in EUV-Projektionsbelichtungsanlagen die bei längeren Wellenlängen üblichen Linsen und anderen refraktiven optischen Elemente durch Spiegel ersetzt, und auch die Maske enthält deswegen ein Muster aus reflektierenden Strukturen.
Die Spiegel umfassen jeweils ein Spiegelsubstrat mit einem Reflexionsbereich, der auf einer Oberfläche des Spiegelsubstrats ausgebildet ist und in dem das Spiegelsubstrat eine reflektierende Beschichtung trägt. Häufig sind die Spiegel in Tragrahmen befestigt, die über Aktuatoren mit einer starren Rahmenstruktur des Objektivs oder des Beleuchtungssystems verbunden sind. Die gesamte und in sich starre Baugruppe aus einem Spiegel und ggf. daran befestigten Tragrahmen oder anderer Bauelementen wird im Folgenden als Spiegelelement bezeichnet.
Die Spiegelelemente des Beleuchtungssystems richten das Projektionslicht auf die Maske; die Spiegelelemente des Objektivs bilden den auf der Maske ausgeleuchteten Bereich auf die lichtempfindliche Schicht ab.
Um dies jeweils mit der erforderlichen Genauigkeit zu bewirken, müssen die Reflexionsbereiche der Spiegelelemente in allen sechs Freiheitsgraden präzise zueinander ausgerichtet sein. Zur Positionierung und Ausrichtung der Spiegelelemente werden meist elektrisch betätigbare Aktuatoren verwendet.
EUV-Projektionsbelichtungsanlagen mit großer numerischer Apertur erfordern Spiegelelemente mit großem Durchmesser. Solche Spiegelelemente sind zum einen kostspielig in der Herstellung und erschweren zum anderen infolge ihres hohen Eigengewichts eine deformationsarme Lagerung und Aktuierung. Da das Spiegelelement kein idealer starrer Körper ist, kann sich die Form des Spiegelsubstrats verändern, z. B. langfristig aufgrund von Materialdegradationen und kurzfristig durch den Einfluss von Kräften und Momenten, die an dem Spiegelsubstrat bei der Aktuierung angreifen.
Das Spiegelsubstrat für Spiegelelemente einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage besteht üblicherweise aus einem Werkstoff, der bei der Betriebstemperatur einen sehr geringen oder sogar verschwindenden thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat. Solche Werkstoffe können z.B. Glaskeramiken wie Zerodur^® oder Titaniumsilikat-Gläser wie ULE^® sein. Dennoch können in den Spiegelsubstraten thermisch verursachte Deformationen auftreten, die durch einen Temperaturgradienten innerhalb des Substrats aufgrund von Absorption eines Teils des Projektionslichts entstehen.
Da die Oberflächengenauigkeit des Reflexionsbereiches während des Betriebs einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage bis auf wenige Nanometer erhalten werden muss, sind auch an die Lagerung und Aktuierung der Spiegelelemente extreme Anforderungen bezüglich mechanischer Präzision zu stellen. Die Lagerung muss derart ausgestaltet sein, dass ungewollte und parasitäre Kräfte oder Momente soweit wie möglich reduziert werden. Um eine hohe mechanische Präzision zu erreichen, müssen alle Faktoren potentieller mechanischer Störungen wie beispielsweise Vibrationen, Luftdruck- oder Temperaturschwankungen und Gravitationseinflüsse sowie Werkstoffeigenschaften berücksichtigt werden.
In EUV-Projektionsbelichtungsanlagen erfolgen in der Regel die Aktuierung der Spiegelelemente über jeweils drei an den Spiegelelementen angreifende Aktuatoren, die gleichzeitig Lagerungselemente darstellen. Die von den Aktuatoren ausgeübten Kräfte lassen sich in einen Anteil, der nur für die Bewegung des Spiegelelements während der Positionierung und Ausrichtung verantwortlich ist, und einen Anteil, der die Gewichtskraft des Spiegelelements kompensiert, unterteilen. Im Kraftangriffspunkt der jeweiligen Aktuatoren treffen sich die Wirklinien der zur Aktuierung notwendigen XY- und Z-Kräfte sowie der Gewichtskompensationskraft. Solche Spiegelelemente sind beispielsweise aus der DE 10 2012 209 309 A1 bekannt. Die Lagerungselemente greifen hier an einer Umfangsfläche des Spiegelsubstrats an.
Aus der EP 1 806 610 A1 ist ein Spiegelelement einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage bekannt, bei dem der Spiegel in einen Tragrahmen eingefasst ist und die Anordnung der drei Kraftangriffspunkte am Tragrahmen so gewählt ist, dass die Gewichtskraft des Spiegelelements gleichmäßig auf die drei Kraftangriffspunkte verteilt ist. Bei gleichmäßig über den Umfang des Spiegels verteilten Kraftangriffspunkten und einem nicht rotationssymmetrischen Spiegelsubstrat wird dies durch Ausgleichsgewichte am Tragrahmen erreicht. Hierbei schneidet die Wirklinie der Gewichtskraft den optisch wirksamen Reflexionsbereich.
Aufgrund bestimmter Randbedingungen wie beispielsweise Bauraumkonflikten, dynamischen oder thermischen Vorgaben kann sich diese Art der Lagerung als schwierig umsetzbar erweisen und das Spektrum möglicher optischer Designs einschränken. Die drei am Umfang des Spiegelelements angeordneten Aktuatoren oder sonstigen Lagerungselemente nehmen im Falle eines Spiegelelements großen Durchmessers nämlich beträchtlichen Bauraum ein. Außerdem kann sich das Spiegelelement infolge der festen Einspannung an den drei Lagerungselementen in der Nähe seines Reflexionsbereichs bei Temperaturänderungen in schwer vorhersehbarer Weise verformen.
Aus der WO 2011/029467 A1 ist bekannt, eine von Aktuatoren getragene Halterung für das Spiegelsubstrat zu verwenden, die das Spiegelsubstrat nur an einer einzigen Lagerfläche abstützt. Um parasitäre Kräfte und Momente und daraus resultierende Deformationen des Spiegelsubstrats zu minimieren, ist das Spiegelelement an einem Lagerungselement der Halterung so fixiert, dass die Wirklinie der Gravitationskraft durch das geometrische Zentrum der Lagerfläche geht, an der das Spiegelsubstrat das Lagerungselement berührt. Das Spiegelelement wird somit direkt unterhalb seines Schwerpunkts von der Halterung abgestützt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der Erfindung ist es, für ein Beleuchtungssystem oder ein Objektiv einer Projektionsbelichtungsanlage eine optische Anordnung anzugeben, die ein Spiegelelement enthält, das sich besonders wenig deformiert und trotzdem wenig Bauraum in dem Objektiv oder dem Beleuchtungssystem beansprucht.
Diese Aufgabe wird durch eine optische Anordnung einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage gelöst, die ein Spiegelelement umfasst, das ein Spiegelsubstrat und einen auf einer Oberfläche des Spiegelsubstrats ausgebildeten Reflexionsbereich hat. Die Anordnung umfasst ferner mindestens einen Aktuator, der dazu eingerichtet ist, das Spiegelelement in mindestens einem Freiheitsgrad zu bewegen, sowie ein Lagerungselement, das an dem Spiegelsubstrat angreift. Erfindungsgemäß hält das Lagerungselement alleine das Spiegelelement zumindest annähernd in einer Gleichgewichtslage, so dass der mindestens eine Aktuator in der Gleichgewichtslage zumindest annähernd kräftefrei ist.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass sich durch die Verwendung einer einzigen Stützstelle zur vollständigen Gewichtskompensation permanente äußere Krafteinwirkungen auf das Spiegelelement durch den mindestens einen Aktuator verhindern lassen. Folglich übertragen die Aktuatoren lediglich während der Aktuierung Kräfte auf das Spiegelelement, die zudem sehr klein sind. Entsprechend gering ist die Gefahr, dass sich das Spiegelelement und insbesondere das darin enthaltene Spiegelsubstrat in der Nähe des optisch wirksamen Reflexionsbereichs während der Aktuierung verformen.
Häufig werden für die Aktuierung Lorentz-Aktuatoren eingesetzt. Bei diesen Aktuatoren fließt auch im Ruhezustand ein elektrischer Strom, der proportional zur erzeugten Kraft ist. Der Stromfluss führt zu einer Erwärmung der Aktuatoren, die von der Größe der erzeugten Kraft abhängt. Da der mindestens eine Aktuator erfindungsgemäß zumindest annähernd kräftefrei ist, kommt es zu keiner oder allenfalls zu einer sehr geringen Erwärmung des Spiegelelements durch Ruheströme im Aktuator. Dadurch sinkt auch der Aufwand für die Aufrechterhaltung der Soll-Temperatur in dem Objektiv oder dem Beleuchtungssystem.
Entstehen dennoch thermisch induzierte Deformationen, lassen sich diese wegen der Abstützung an nur einer einzigen Stützstelle besser vorhersagen und leichter durch andere Korrekturmaßnahmen, z. B. eine Aktuierung des gleichen oder eines anderen Spiegelelements, kompensieren.
Da der mindestens eine Aktuator nur kleine Kräfte auf das Spiegelelement übertragen muss, kann er überdies leichter und kompakter ausgebildet sein. Für die Lagerung und Aktuierung des Spiegelelements ist deswegen insgesamt weniger Bauraum in dem Objektiv oder dem Beleuchtungssystem erforderlich.
Besonders günstig ist es, wenn die Wirklinie der Gewichtskraft, die in dem Schwerpunkt des Spiegelelements wirkt, den optisch nutzbaren Reflexionsbereich nicht schneidet. Falls es durch die Kompensation der Gewichtskraft an nur einer Stützstelle zu einer Deformation des Spiegelelements kommt, so befindet sich der Teil mit den größten Deformationen nicht in unmittelbarer Nähe zum optisch nutzbaren Reflexionsbereich, sondern in einem Abstand hierzu. Durch die Abstützung der Gewichtskraft verursachte Deformationen wirken sich deswegen weniger auf die optische Wirkung des Spiegelelements aus, als wenn die Kompensation der Gewichtskraft z. B. direkt unteroder oberhalb des Reflexionsbereichs erfolgen würde.
Falls das Spiegelsubstrat zumindest im Wesentlichen die Form einer Platte hat, so sind die Auswirkungen auf den Reflexionsbereich besonders gering, wenn die Wirklinie der Gewichtskraft sich in einem Abstand zu dem Reflexionsbereich befindet, der größer als die minimale Dicke der Platte ist.
Im Allgemeinen wird das Spiegelsubstrat in dem Reflexionsbereich eine Beschichtung tragen, die möglichst viel Projektionslicht reflektiert. Vom Grundsatz her kann aber bei bestimmten Einfallswinkeln und Wellenlängen des Projektionslichts das Spiegelsubstrat das auftreffende Projektionslicht auch ohne Beschichtung teilweise reflektieren. Der Reflexionsbereich ist dann lediglich ein Bereich, auf den während des Betriebs Projektionslicht fällt und der sich im Allgemeinen durch eine besonders hohe optische Güte auszeichnet.
Das Lagerungselement übt auf das Spiegelsubstrat eine Lagerungskraft aus, die der Gewichtskraft betragsmäßig gleich ist und in die entgegengesetzte Richtung wirkt. Um eine vollkommen momentfreie Lagerung des Spiegelelements zu erreichen, muss die Wirklinie der Lagerungskraft mit der Wirklinie der Gewichtskraft zusammenfallen.
Häufig sind jedoch geringfügige Abweichungen der Wirklinien der Lagerungskraft und der Gewichtskraft und damit kleinere Restmomente tolerierbar. Die Abweichungen der Wirklinien werden als tolerierbar klein angesehen, wenn die Wirklinie der Lagerungskraft in einem Abstand von der Wirklinie der Gewichtskraft verläuft, der kleiner als 0,1 mal einer Längsausdehnung ist, welche die größte Längsausdehnung des Spiegelelements in allen normalen Ebenen zu der Wirklinie der Gewichtskraft ist. Die Wirklinie der Lagerungskraft kann dabei parallel oder geneigt zu der Wirklinie der Gewichtskraft verlaufen.
In den Fällen, in denen die Wirklinie der Lagerungskraft nicht exakt mit der Wirklinie der Gewichtskraft zusammenfällt, ist vorgesehen, dass der mindestens eine Aktuator in der Lage ist, derart auf das Spiegelsubstrat einzuwirken, dass das Spiegelelement im Gleichgewicht gehalten wird. Dabei übt der mindestens eine Aktuator ein kleines Lagerungsmoment auf das Spiegelsubstrat aus, das dem kleinen Restmoment entgegengesetzt gerichtet und betragsmäßig gleich ist.
In dem oben beschriebenen Fall ist es zweckmäßig, wenn der mindestens eine Aktuator sich in einem Abstand zu dem Reflexionsbereich befindet, der größer als die minimale Dicke der Platte ist. Dadurch lassen sich Deformationen des Reflexionsbereichs verringern, die infolge des durch den Aktuator ausgeübten Lagerungsmomentes verursacht werden.
Um eine zusätzliche Dämpfung von Kräften und eine Entkopplung von Momenten und Schwingungen zu erreichen, ist es günstig, wenn die Lagerungskraft eine resultierende Kraft eines elektrischen oder magnetischen Feldes ist. Auf diese Weise kann beispielsweise die Übertragung von Schwingungen auf das Spiegelelement verhindert werden, die von sich bewegenden Teilen der Projektionsbelichtungsanlage verursacht wurden.
Um das Spiegelelement im Gleichgewicht mit nur einem Lagerungselement zu lagern, kann das Spiegelelement eine Verschiebemechanik aufweisen, auf dem ein Ausgleichsgewicht verschiebbar angeordnet und an unterschiedlichen Positionen mit Hilfe einer Schraube oder eines anderen Fixierelements fixierbar ist. Mit Hilfe des Ausgleichsgewichts lässt sich der Schwerpunkt des Spiegelelements so verlagern, dass das Spiegelelement die gewünschte Gleichgewichtslage einnimmt.
Gegenstand der Erfindung ist außerdem ein Objektiv sowie ein Beleuchtungssystem einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage mit einer vorstehend beschriebenen optischen Anordnung.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen. Darin zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht einer schematischen mikrolithographischen EUV-Projektionsbelichtungsanlage mit einer Beleuchtungssystem und einem Objektiv;
2 einen Meridionalschnitt durch das Objektiv der in der 1 gezeigten Projektionsbelichtungsanlage mit einem Spiegelelement gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
3 eine perspektivische Ansicht des in der 2 gezeigten Spiegelelements;
4 einen seitlichen Schnitt durch das in der 2 gezeigte Spiegelelement;
5 eine an die 3 angelehnte perspektivische Ansicht eines Spiegelelements gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, bei dem die Wirklinien der Gewichtskraft und der Lagerungskraft nicht exakt zusammenfallen;
6 eine an die 3 angelehnte perspektivische Ansicht eines Spiegelelements gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, bei dem das Spiegelsubstrat schwerpunktverschiebende Ausgleichsgewichte trägt.
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
1. Grundlegender Aufbau der Projektionsbelichtungsanlage
Die 1 zeigt in einer perspektivischen, stark schematisierten und nicht maßstäblichen Darstellung den grundlegenden Aufbau einer erfindungsgemäßen mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, die insgesamt mit 10 bezeichnet ist. Die Projektionsbelichtungsanlage 10 dient dazu, reflektierende Strukturen 12, die auf einer in der 1 nach unten weisenden Seite einer Maske 14 angeordnet sind, auf eine lichtempfindliche Schicht 16 zu projizieren. Die lichtempfindliche Schicht 16, bei der es sich insbesondere um einen Photolack (engl. resist) handeln kann, wird von einem Wafer 18 oder einem anderen Substrat getragen.
Die Projektionsbelichtungsanlage 10 umfasst ein Beleuchtungssystem 20, das die mit den Strukturen 12 versehene Seite der Maske 14 mit EUV-Licht 22 beleuchtet. Als Wellenlänge für das EUV-Licht 22 kommt insbesondere ein Bereich zwischen 5 nm und 30 nm in Betracht; im dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt die Mittenwellenlänge des EUV-Lichts 22 etwa 13,5 nm. Das EUV-Licht 22 leuchtet auf der nach unten weisenden Seite der Maske 14 ein Beleuchtungsfeld 24 aus, das hier die Geometrie eines Ringsegments hat.
Die Projektionsbelichtungsanlage 10 umfasst ferner ein Objektiv 26, das auf der lichtempfindlichen Schicht 16 ein verkleinertes Bild 24' der im Bereich des Beleuchtungsfeldes 24 liegenden Strukturen 12 erzeugt. Das Objektiv 26 hat eine optische Achse OA, die mit der Symmetrieachse des ringsegmentförmigen Beleuchtungsfeldes 24 zusammenfällt und sich somit außerhalb des Beleuchtungsfeldes 24 befindet.
Das Objektiv 26 ist für einen Scanbetrieb ausgelegt, bei dem die Maske 14 während der Belichtung der lichtempfindlichen Schicht 16 synchron mit dem Wafer 18 verfahren wird. Diese Verfahrbewegungen der Maske 14 und des Wafers 18 sind in der 1 mit Pfeilen A1, A2 angedeutet. Während einer Belichtung der lichtempfindlichen Schicht 16 überstreicht somit das Beleuchtungsfeld 24 scannerartig die Maske 14, wodurch auch größere zusammenhängende Strukturbereiche auf die lichtempfindliche Schicht 16 projiziert werden können. Das Verhältnis der Geschwindigkeiten, mit denen die Maske 14 und der Wafer 18 verfahren werden, ist dabei gleich dem Abbildungsmaßstab β des Objektivs 26. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das vom Objektiv 20 erzeugte Bild 24' verkleinert (|β| < 1) und aufrecht (β > 0), weswegen der Wafer 18 langsamer als die Maske 14, aber in der gleichen Richtung verfahren wird.
Von jedem Punkt im Beleuchtungsfeld 24, das sich in einer Objektebene des Objektivs 26 befindet, gehen Lichtbündel aus, die in das Objektiv 26 eintreten. Dieses bewirkt, dass die eintretenden Lichtbündel in einer Bildebene des Objektivs 26 in Feldpunkten konvergieren. Die Feldpunkte in der Objektebene, von denen die Lichtbündel ausgehen, und die Feldpunkte in der Bildebene, in denen diese Lichtbündel wieder konvergieren, stehen dabei in einer Beziehung zueinander, die man als optische Konjugation bezeichnet.
Für einen einzelnen Punkt in der Mitte des Beleuchtungsfeldes 24 ist ein solches Lichtbündel schematisch angedeutet und mit 28 bezeichnet. Der Öffnungswinkel des Lichtbündels 28 beim Eintritt in das Objektiv 26 ist dabei ein Maß für dessen numerische Apertur NA. Infolge der verkleinerten Abbildung ist die bildseitige numerische Apertur NA des Objektivs 26 um den Kehrwert des Abbildungsmaßstabs β vergrößert.
In der 2 sind wichtige Komponenten des Objektivs 26 ebenfalls schematisch und nicht maßstäblich in einem Meridionalschnitt gezeigt. Zwischen der bei 30 angedeuteten Objektebene und der bei 32 angedeuteten Bildebene sind insgesamt sechs Spiegelelemente M1 bis M6 entlang einer optischen Achse OA angeordnet. Jedes der Spiegelelemente M1 bis M6 umfasst ein Spiegelsubstrat 34 und einen Reflexionsbereich 36, wie dies beispielhaft für das Spiegelelement M6 gezeigt ist. Das von einem Punkt in der Objektebene 30 ausgehende Lichtbündel 28 trifft zuerst auf ein konkaves erstes Spiegelelement M1, wird zurück auf ein konvexes zweites Spiegelelement M2 reflektiert, trifft auf ein konkaves drittes Spiegelelement M3, wird zurück auf ein konkaves viertes Spiegelelement M4 reflektiert und trifft dann auf ein konvexes fünftes Spiegelelement M5, welches das EUV-Licht zurück auf ein konkaves sechstes Spiegelelement M6 richtet. Dieses fokussiert das Lichtbündel 28 schließlich in einem konjugierten Bildpunkt in der Bildebene 32.
Wenn man die Spiegelelemente M1 bis M6 durch die in der 2 gestrichelt angedeuteten Teile ergänzen würde, so wären die Reflexionsbereiche 36 der so ergänzten Spiegelelemente rotationssymmetrisch bezüglich der optischen Achse OA des Objektivs 26. Wie man unschwer erkennen kann, ließe sich mit solchen vollständig rotationssymmetrischen Reflexionsbereichen 36 der vorstehend beschriebene Strahlengang jedoch nicht realisieren, da die Spiegeleinheiten M1 bis M6 den Lichtweg dann teilweise blockieren würden. Daher haben die Spiegelelemente M1 bis M6 die mit durchgezogenen Linien angedeuteten Formen.
Zwischen den Spiegelelementen M5 und M6 ist eine Abschattungsblende 38 angeordnet.
2. Optische Anordnung mit Spiegelelement M6
Das Spiegelelement M6 ist Bestandteil einer erfindungsgemäßen optischen Anordnung 40, die im Folgenden näher mit Bezug auf die 2 bis 6 beschrieben wird. Die 2 zeigt die optische Anordnung 40 dabei in der Einbausituation im Objektiv 26.
Die optische Anordnung 40 umfasst neben dem Spiegelelement M6 mit Spiegelsubstrat 34 und Reflexionsbereich 36 einen ersten schematisch dargestellten Aktuator 46 und ein ebenfalls schematisch dargestelltes Lagerungselement 42, die starr an einer Tragstruktur 44 des Objektivs 26 befestigt sind. Das Spiegelelement M6 ist durch das Lagerungselement 42 in der Nähe seines Schwerpunkts S abgestützt, so dass das Lagerungselement 42 alleine das Spiegelelement M6 zumindest annähernd in einer Gleichgewichtslage hält und der Aktuator 46, der dazu eingerichtet ist, das Spiegelelement M6 in mindestens einem Freiheitsgrad zu bewegen, in dieser Gleichgewichtslage kräftefrei ist.
In 3 ist die optische Anordnung 40 aus 2 vergrößert und perspektivisch dargestellt. Man erkennt, dass zur optischen Anordnung 40 ferner zwei weitere an der Tragstruktur 44 befestigte und schematisch dargestellte Aktuatoren 46 gehören, die an dem Spiegelsubstrat 34 angreifen und ebenfalls dazu eingerichtet sind, das Spiegelelement M6 präzise auszurichten.
Das Spiegelsubstrat 34 des Spiegelelements M6 ist im Wesentlichen plattenförmig ausgebildet und trägt auf einer in der 3 nach unten gerichteten und besonders präzise geformten Fläche eine für das Projektionslicht 22 reflektierende Beschichtung 37, die den optisch wirksamen Reflexionsbereich 36 des Spiegelelements M6 definiert. An der dem Reflexionsbereich 36 gegenüber liegenden Seite des Spiegelsubstrats 34 sind drei Aktuierungselemente 48 so angeklebt oder in sonstiger Weise bewegungsfest befestigt, dass sie von den Aktuatoren 46 ausgeübte Kräfte F1 bis F3 auf das Spiegelsubstrat 34 übertragen können. Alternativ können die Aktuierungselemente 48 einstückig als Teil des Spiegelsubstrats 34 ausgebildet sein. Ferner ist eine Ausführung denkbar, bei der die Aktuierungselemente 48 auf einer Umfangsfläche des plattenförmigen Spiegelsubstrats 34 oder auf der gleichen Seite des Spiegelsubstrats 34 angeordnet sind, auf der sich der Reflexionsbereich 36 befindet.
Auf das Spiegelelement M6 wirkt eine resultierende Gewichtskraft G, die eine durch den Schwerpunkt S des Spiegelelements M6 verlaufende Wirklinie W_G hat.
Schematisch angedeutet ist in der 2 weiterhin das Lagerungselement 42, das eine Lagerungskraft F auf das Spiegelsubstrat 34 ausübt, die entlang einer Wirklinie W_F in die zu der Gewichtskraft G entgegengesetzte Richtung wirkt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Lagerungskraft F eine resultierende Kraft eines elektrischen oder magnetischen Feldes, so dass das Spiegelelement M6 berührungslos abgestützt ist.
Um eine vollkommen momentfreie Abstützung durch die Lagerungskraft F zu erreichen, ist das Lagerungselement 42 in diesem Ausführungsbeispiel derart angeordnet, dass die Wirklinie W_F genau durch den Schwerpunkt S des Spiegelelements M6 verläuft und dadurch mit der Wirklinie W_G der Gewichtskraft G zusammenfällt. Damit ist das Spiegelelement M6 im Gleichgewicht. Folglich übertragen die Aktuatoren 46 lediglich während einer Aktuierung Kräfte auf das Spiegelsubstrat 34. Daher ist die Gefahr gering, dass sich das Spiegelelement M6 und insbesondere das darin enthaltene Spiegelsubstrat 34 in der Nähe des optisch wirksamen Reflexionsbereichs 36 während der Aktuierung verformen oder durch in den Aktuatoren 46 dissipierte Aktuierungsenergie erwärmen.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Aktuatoren 46 als elektromagnetische Lorentz-Aktuatoren ausgeführt. Bei diesen Aktuatoren fließt auch im Ruhezustand ein elektrischer Strom, der proportional zur erzeugten Kraft ist. Der Stromfluss führt zu einer Erwärmung der Aktuatoren 46, die von der Größe der erzeugten Kraft abhängt. Da die Aktuatoren 46 lediglich während einer Bewegung des Spiegelelements M6 Kräfte übertragen, kommt es zu keiner oder allenfalls zu einer sehr geringen Erwärmung des Spiegelelements M6 durch Ruheströme in den Aktuatoren 46. Dadurch sinkt auch der Aufwand für die Aufrechterhaltung der Soll-Temperatur in dem Objektiv 26.
Entstehen dennoch thermisch induzierte Deformationen, lassen sich diese wegen der Abstützung an nur einer einzigen Stützstelle besser vorhersagen und leichter durch andere Korrekturmaßnahmen, z. B. eine Aktuierung des Spiegelelements M6 oder eines anderen Spiegelelements M1 bis M5, kompensieren.
Da die Aktuatoren 46 nur kleine Kräfte auf das Spiegelelement übertragen müssen, können sie besonders leicht und kompakt ausgebildet sein. Für die Lagerung und Aktuierung des Spiegelelements M6 ist deswegen insgesamt weniger Bauraum im Objektiv 26 erforderlich.
Die 4 zeigt eine Schnittansicht in einer den Schwerpunkt S sowie die optische Achse OA enthaltenden Symmetrieebene der optischen Anordnung aus 3. Das Spiegelsubstrat 34 hat in dieser Symmetrieebene seine maximale Längsausdehnung L und im Reflexionsbereich 36 seine minimale Dicke D. Der Reflexionsbereich 36 ist derart relativ zum Schwerpunkt S angeordnet, dass die Wirklinie W_G der Gewichtskraft G, die in dem Schwerpunkt S des Spiegelelements M6 wirkt, den Reflexionsbereich 36 nicht schneidet. Dadurch wird verhindert, dass die der Gewichtskraft G entgegenwirkende Lagerungskraft F – insbesondere bei einer Betätigung der Aktuatoren 46 – zu einer untolerierbaren Deformation des Spiegelsubstrats 34 in der Nähe des Reflexionsbereichs 36 führt.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Abstand A zwischen der Wirklinie W_G der Gewichtskraft G und dem optisch nutzbaren Reflexionsbereich 36 größer als die minimale Dicke D des Spiegelsubstrats 34. Die Lagerungskraft F greift dadurch besonders weit entfernt vom Reflexionsbereich 36 an dem Spiegelsubstrat 34 an.
Bevorzugt befinden sich die Aktuierungselemente 48 ebenfalls in einem nicht eigens bezeichneten Abstand zu dem Reflexionsbereich 36, welcher größer ist als die minimale Dicke D des Spiegelsubstrats 34. Entsprechend gering ist bei einem so großen Abstand die Gefahr, dass es zu untolerierbaren Deformationen des Reflexionsbereichs 36 durch die von den Aktuatoren 46 auf das Spiegelsubstrat 34 ausgeübten Momenten und/oder Kräften kommt.
5 zeigt in einer perspektivischen Darstellung ein zweites Ausführungsbeispiel für eine optische Anordnung 40, bei der die Wirklinie W_F der Lagerungskraft F in einem kleinen Abstand B zu der Wirklinie W_G der Gewichtskraft G verläuft. Da die Wirklinie W_F der Lagerungskraft F ferner zu der Wirklinie W_G der Gewichtskraft G geringfügig geneigt ist, hat die Lagerungskraft F eine erste Komponente, die parallel zu der Gewichtskraft G verläuft, und eine zweite Komponente, die senkrecht dazu verläuft und durch die geringfügige Neigung der Wirklinie W_G betragsmäßig wesentlich kleiner als die erste Komponente ist. Durch den Abstand B zwischen dem Kräftepaar, das durch die Gewichtskraft G und die erste Komponente der Lagerungskraft F gebildet wird, entsteht ein Restmoment. Bevorzugt ist der minimale Abstand B zwischen den Wirklinien W_F und W_G kleiner als 0,1-mal die Längsausdehnung L des Spiegelsubstrats 34, so dass dieses Restmoment betragsmäßig sehr klein ist. Dadurch können sowohl das Restmoment als auch die zweite Komponente der Lagerungskraft F durch die Aktuatoren 46 aufgenommen werden.
Alternativ kann die Wirklinie W_F zu der Wirklinie W_G nur um den Abstand B geringfügig parallel verschoben sein, wodurch nur ein kleines Restmoment, aber keine zweite Kraftkomponente entsteht. Der Anteil des durch den Abstand B entstehenden kleinen Restmoments wird auch hier von den Aktuatoren 46 aufgenommen, es muss aber keine Kraftkomponente von den Aktuatoren 46 kompensiert werden.
Da die Aktuatoren 46 nur kleine Restmomente und/oder Kraftkomponenten ausgleichen müssen, ist deren Beitrag zur Deformation des Spiegelsubstrats 34 gering.
6 zeigt in einer perspektivischen Darstellung ein drittes Ausführungsbeispiel, bei dem die Position des Schwerpunkts S mittels Ausgleichsgewichten 50 derart eingestellt ist, dass die Wirklinien W_G und W_F der Gewichtskraft bzw. der Lagerungskraft möglichst vollständig zusammenfallen. Die Ausgleichsgewichte 50 können zunächst frei auf der Oberfläche des Spiegelsubstrats 34 verschiebbar sein und nach der Justierung daran z.B. durch Kleben befestigt werden. Alternativ hierzu kommt auch eine Verschiebemechanik in Betracht, die z.B. eine oder mehrere Schienen umfasst, auf denen die Ausgleichsgewichte 50 auf dem Spiegelsubstrat 34 verschoben und danach mit Fixierschrauben oder anderen Feststellelementen fixiert werden können.
Der beschriebene Aufbau der optischen Anordnung mit dem Spiegelelement M6 lässt sich natürlich auch auf die anderen Spiegelelemente M1 bis M5 übertragen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012209309 A1 [0011]
EP 1806610 A1 [0012]
WO 2011/029467 A1 [0014]

Claims

Optische Anordnung einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage (10), wobei die optische Anordnung (40) aufweist: a) ein Spiegelelement (M6), das ein Spiegelsubstrat (34) und einen auf einer Oberfläche des Spiegelsubstrats (34) ausgebildeten Reflexionsbereich hat, b) mindestens einen Aktuator (46), der dazu eingerichtet ist, das Spiegelelement (M6) in mindestens einem Freiheitsgrad zu bewegen, und c) ein Lagerungselement (42), das an dem Spiegelsubstrat (34) angreift, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerungselement (42) alleine das Spiegelelement (M6) zumindest annähernd in einer Gleichgewichtslage hält, so dass der mindestens eine Aktuator (46) in der Gleichgewichtslage zumindest annähernd kräftefrei ist.
Optische Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirklinie (W_G) der Gewichtskraft (G), die in dem Schwerpunkt (S) des Spiegelelements (M6) wirkt, den Reflexionsbereich (36) nicht schneidet.
Optische Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Spiegelsubstrat (34) zumindest im Wesentlichen die Form einer Platte hat, und dass die Wirklinie (W_G) der Gewichtskraft (G) sich in einem Abstand (A) zu dem Reflexionsbereich (36) befindet, der größer als die minimale Dicke (D) der Platte ist.
Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Spiegelsubstrat (34) in dem Reflexionsbereich (36) eine reflektierende Beschichtung (37) trägt.
Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerungselement (42) eine Lagerungskraft (F) auf das Spiegelelement (M6) ausübt, und dass die Wirklinie (W_F) der Lagerungskraft (F) mit der Wirklinie (W_G) der Gewichtskraft (G) zusammenfällt.
Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerungselement (42) eine Lagerungskraft (F) auf das Spiegelelement (M6) ausübt, und dass die Wirklinie (W_F) der Lagerungskraft (F) innerhalb des Substrats in einem Abstand (B) von der Wirklinie (W_G) der Gewichtskraft (G) verläuft, der kleiner als 0,1-mal einer Längsausdehnung (L) ist, welche die größte Längsausdehnung des Spiegelelement (M6)s in allen Normalenebenen zu der Wirklinie (W_G) der Gewichtskraft (G) ist.
Objektiv einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage mit einer optischen Anordnung (40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Beleuchtungssystem einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage mit einer optischen Anordnung (40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.