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Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung für optische Elemente, insbesondere zur Verwendung in der Halbleiterlithografie. Moderne Projektionsbelichtungsanlagen für die Halbleiterlithografie machen von Projektionslicht extrem kurzer Wellenlängen Gebrauch. Diese sogenannten EUV (extrem ultraviolett)-Projektionsbelichtungsanlagen verwenden aufgrund der Tatsache, dass in dem genannten Wellenlängenbereich (Mittenwellenlänge ca. 13,5 nm) keine refraktiven optischen Elemente mit ausreichendem Transmissionsgrad zur Verfügung stehen, Spiegel zur Abbildung einer beleuchteten Reflexionsmaske, eines sogenannten Retikels, auf ein Halbleitersubstrat, welches auch als Wafer bezeichnet wird. In der Regel sind derartige Spiegel als Multilayer-Spiegel ausgeführt bei welchen die optisch aktive Fläche aus einer Abfolge mehrerer hundert dünner Schichten mit abwechselnd unterschiedlichem Brechungsindex besteht. Bei der Herstellung derartiger Multilayer-Spiegel ist es erforderlich, eine Vermessung ihrer optischen Eigenschaften vorzunehmen, wozu in der Regel Messvorrichtungen zur Anwendung kommen, bei welchen der Spiegel in einer Vakuumkammer angeordnet und in verschiedene Raumrichtungen bewegt wird. Hierbei wurden in der Vergangenheit fett- bzw. ölfreie Lager verwendet, um eine Kontamination der optisch aktiven Fläche des Spiegels durch beispielsweise Fett- oder Ölpartikel zu vermeiden. Mit zunehmendem Gewicht der Spiegel, insbesondere ca. 500 kg, stellt sich jedoch das Problem, dass bei der Bewegung des Spiegels auftretenden erheblichen Kräfte zu einem „Fressen“ der Lager führen, so dass die Bewegungsmöglichkeiten der zu vermessenden Spiegel ausgesprochen limitiert sind. Darüber hinaus führt das vorne genannte „Fressen“ in der Regel zu einem Abrieb von Partikeln und damit zu der gerade nicht gewünschten Kontamination der optisch aktiven Fläche der zu vermessenden Spiegel. In der Vergangenheit wurde die Problematik von Kontamination durch Partikelabrieb im Zusammenhang mit Projektionsbelichtungsanlagen für die Halbleiterlithografie auf unterschiedliche Weise adressiert:
In der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2012 223 034 A1 ist ein Beleuchtungssystem einer mikrolithografischen Projektionsbelichtungsanlage offenbart, bei welchem eine Spiegelfacette eines Facettenspiegels über ein Festkörpergelenk derart mit einer Tragstruktur verbunden ist, dass sie um zwei orthogonale Achsen verkippbar ist. Die Verkippung wird nach der Lehre der genannten Schrift dadurch erreicht, dass die Spiegelfacetten über Festkörpergelenke mit einer Tragstruktur verbunden sind, wobei die
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Festkörpergelenke mindestens drei um einen Betätigungsstab herum angeordnete Gelenkbeine umfassen. Die Bewegung der Spiegelfacette erfolgt dabei durch eine Aktuierung des Betätigungsstabes. Zur Verringerung beziehungsweise Vermeidung von Kontamination der Spiegelfacetten aufgrund Abriebs oder ähnlichem ist das Festkörpergelenk nach der Lehre der genannten Schrift von einem Faltenbalg umgeben, der eine gewisse Kapselung der beschriebenen Kinematik gewährleistet.
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In der
WO 2005/047979 A1 ist ferner eine Lagervorrichtung für ein optisches Element oder für eine optische Baugruppe gezeigt, bei welcher ein optisches Element drehbar auf einem Fluidlager gelagert ist. Eine weitergehende Bewegungsmöglichkeit des optischen Elementes ist in der genannten Schrift nicht offenbart.
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Die Erfindung stellt sich somit die Aufgabe, eine verschleiß- und kontaminationsarme Lagervorrichtung für ein optisches Element anzugeben, wobei die Freiheitsgrade, in welchen das optische Element bewegt werden kann, gesteigert werden sollen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch die Vorrichtung mit den im unabhängigen Anspruch angegebenen Merkmalen. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung.
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Die erfindungsgemäße Messvorrichtung zur Vermessung eines optischen Elementes enthält eine Aufnahmevorrichtung für das optische Element, welche auf dem Oberteil eines Luftlagers angeordnet ist. Das Oberteil seinerseits ist über einen Luftspalt auf einem Unterteil beweglich in der Weise angeordnet, dass es um die z-Achse drehbar sowie in der x-/y-Ebene beweglich ist. Ferner sind Mittel vorhanden, um das optische Element in z-Richtung zu bewegen und um eine zu der x-/y-Ebene parallele Achse zu verkippen. Die erfindungsgemäße Lösung erlaubt es insbesondere, gegenüber den bekannten Vorrichtungen mehr Messpunkte pro Zeiteinheit anzufahren, da die beschriebene reibungsarme Lagerung vergleichsweise schnelle Bewegungen in sechs Freiheitsgraden erlaubt, wobei die vorne angesprochene Gefahr des „Fressens“ reduziert ist.
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Die Mittel zur Bewegung in z-Richtung bzw. zur Verkippung können als Keilpaare ausgebildet sein, wobei die Keile eines Paares jeweils entlang ihrer schrägen Flächen an einander vorüber gleiten.
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In einer Variante der Erfindung können die Mittel auch als durch das Oberteil hindurchgeführte, mit einer Komponente in z-Richtung verschiebbare Stangen ausgebildet sein.
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Zur Speisung des Luftspaltes können im Unterteil mehrere voneinander beabstandete Austrittsöffnungen vorhanden sein, wobei die Austrittsöffnungen in metallisch ausgekleideten Sacklochbohrungen angeordnet sein können.
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Alternativ können die Austrittsöffnungen auch in einer umlaufenden Ringnut ausgebildet sein.
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Zum Absaugen der im Luftspalt anfallenden Druckluft kann oberhalb des Oberteiles eine Absaugplatte angeordnet sein; dabei können in der Absaugplatte mehrere Absaugkanäle angeordnet sein, welche jeweils auf unterschiedlichen Drücken gehalten werden können.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
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1 eine erste Ausführungsform der Erfindung,
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2 in den Teilfiguren 2a und 2b eine erste Variante der Erfindung; und
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3 eine weitere Variante der Erfindung
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1 zeigt in einer ersten Ausführungsform der Erfindung als Ausschnitts-Vergrößerung denjenigen Teil einer Messvorrichtung für optische Elemente, in welchem die erfindungsgemäße Lagervorrichtung angeordnet ist. Ein optisches Element, im gezeigten Beispiel ein Spiegel 1, ist dabei in einem Vakuumkessel 2 angeordnet, in welchem ein Hochvakuum erzeugt werden kann. Mittels eines hier lediglich schematisch gezeigten Drehantriebes 3 kann das optische Element 1 um die gestrichelte Achse A gedreht werden, um Messungen an verschiedenen Punkten der Oberfläche des optischen Elementes und unter verschiedenen Winkeln zu ermöglichen. Das optische Element kann einen Durchmesser im Meterbereich und eine Masse von mehreren Tonnen aufweisen. Der Drehantrieb 3 seinerseits ist auf einer Aufnahme 4 angeordnet. Die Aufnahme 4 selbst ruht auf einem Manipulator 5, mit welchem ein gewisser Hub in z-Richtung wie auch Kippbewegungen bewerkstelligt werden können. Die angesprochenen Bewegungsmöglichkeiten des optischen Elementes 1, also insbesondere Bewegungen in z-Richtung und Kippbewegungen, werden dabei mittels dreier Keilpaare erreicht, von denen eines im gezeigten Schnitt mit der Bezugsziffer 6 bezeichnet dargestellt ist. Insbesondere werden die genannten Bewegungen dadurch bewerkstelligt, dass die Keile eines Paares entlang ihrer jeweiligen schrägen Flächen aneinander vorüber gleiten. Lediglich ausschnittsweise dargestellt in 1 ist eine Stützkonstruktion 7 für einen oberhalb des optischen Elements 1 angeordneten, in der Figur nicht gezeigten optischen Detektor zur Aufnahme der zur Messung verwendeten elektromagnetischen Strahlung. Der Manipulator 5 ist auf der Achse eines – typischerweise aus Edelstahl gefertigten – als zylindrischem Luftlagerrotor 8 ausgebildeten Oberteil eines Luftlagers angeordnet, wobei die Achse eine kreisförmige Öffnung in einer Absaugplatte 9 durchtritt. Der Luftlagerrotor 8 kann insbesondere einen Durchmesser von 2–3 m zeigen und schwimmt auf einem Luftspalt, welcher zwischen einer Granitbasis 10 als Unterteil des Luftlagers und der Unterseite des Luftlagerrotors 8 erzeugt wird. Hierzu ist die Granitbasis 10 mit sogenannten Luftlager-Pads 11 versehen. Bei den Luftlager-Pads 11 handelt es sich um metallisch ausgekleidete Sacklochbohrungen in der Granitbasis 10, wobei die metallische Auskleidung durch einen hohlzylindrischen bzw. topfförmigen Einsatz aus Aluminium geschaffen ist (in der Figur nicht dargestellt). Die Luftlager-Pads 11 sind entlang eines konzentrisch mit der Achse des Luftlagerrotors 8 ausgebildeten gedachten Kreises angeordnet und werden durch in (in der Figur nicht gesondert bezeichneten) Austrittsöffnungen in den Pads mündende Kanäle 12 in der Granitbasis 10 mit Druckluft mit einem Druck von typischerweise ca. 4 bis 5 Bar gespeist. Insbesondere können ca. 8 derartiger Luftlager-Pads 11 zur Anwendung kommen. In einer Variante der Erfindung kann anstatt der Luftlager-Pads auch eine umlaufende Ringnut verwendet werden. Die aus den Luftlager-Pads 11 austretende Druckluft bildet den oben bereits erwähnten Luftspalt zwischen der Unterseite des Luftlagerrotors 8 und der Oberseite der Granitbasis 10, umströmt den Luftlagerrotor 8 in der durch die in der Figur nicht bezeichneten Pfeile angedeuteten Richtung und wird in drei Stufen über in der Absaugplatte 9 ausgebildete Absaugkanäle 13, 14 und 15 differentiell abgepumpt. Der Luftspalt kann dabei eine Dicke im Bereich von bspw. ca. 8µm–12µm, insbesondere im Bereich von ca. 10µm aufweisen. Die Absaugkanäle 13, 14 und 15 sind dabei jeweils mit einer eigenen Vakuumpumpe verbunden. Der äußerste Kanal 15 wird dabei im Wesentlichen auf Atmosphärendruck, der mittlere Kanal 14 auf Feinvakuum und der innerste Kanal 13 auf Ultrahochvakuum gehalten. Der Luftlagerrotor seinerseits ist über das Verbindungselement 16 mit einem x/y-Antrieb 17 verbunden, wodurch eine Bewegung des optischen Elements 1 in der x/y-Ebene vorgenommen werden kann. Das Verbindungselement 16 kann dabei vorteilhafterweise in x/y-Richtung steif, in z-Richtung weich ausgebildet sein. Durch diese Maßnahme wird gewährleistet, dass durch den Luftspalt bedingte Toleranzen ausgeglichen werden können. Der x/y-Antrieb 17 seinerseits ist auf einer mittels des Drehantriebes 18 drehbaren Platte 19 angeordnet. Der Drehantrieb 18 kann als Direktantrieb, insbesondere als Torque-Motor ausgebildet sein.
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In einer in der Zeichnung nicht dargestellten Variante können sowohl die Austrittsöffnungen als auch die Absaugkanäle in dem Unterteil ausgebildet sein; die Absaugplatte könnte in diesem Fall entfallen.
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2 zeigt in den Teilfiguren 2a und 2b ausschnittsweise eine Variante der Erfindung, bei welcher im Inneren des Vakuumkessels auf aufeinander abgleitende Keilflächen verzichtet werden kann. Hierzu ruht die Aufnahme 4 des optischen Elements 1 auf 3 in z-Richtung verschiebbaren Stangen 20a, 20b und 20c, welche zur Partikelabschirmung mit metallischen Faltenbälgen 21a, 21b und 21c umgeben sind und welche durch Bohrungen in dem Luftlagerrotor 8‘ nach außen geführt sind. Die Stangen 20 können dabei jeweils mittels eines außerhalb des Vakuumkessels angeordneten, in der Figur nicht dargestellten Linear-Antriebes betätigt werden, so dass sich Bewegungen in z-Richtung bzw. Kippbewegungen um die x- oder y-Achse oder um andere Achsen in der x/y-Ebene gewährleisten lassen. 2b zeigt exemplarisch eine verkippte Stellung der Aufnahme 4 und damit des optischen Elementes 1. Die Stangen 20a, 20b und 20c müssen dabei nicht notwendigerweise in z-Richtung verlaufen, wie in der Figur dargestellt; es kann vielmehr genügen, wenn die Stangen 20a, 20b und 20c einen Verlauf zeigen, welcher eine Komponente in z-Richtung aufweist, also schräg zu dieser angeordnet sind. Hierdurch kann die Steifigkeit der Halterung des optischen Elementes in der x-/y-Richtung erhöht werden.
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3 zeigt eine Variante der Erfindung, bei welcher das zu vermessende optische Element (in der Figur nicht sichtbar) hängend in dem Hochvakuum-Kessel 2 angeordnet ist. Gut erkennbar sind die durch den Luftlagerrotor 8‘‘ hindurch geführten Stangen 20a‘, 20b‘ und 20c‘ zur z-Verschiebung bzw. zur Verkippung in der x/y-Ebene sowie die zur Abdichtung des Vakuums verwendeten metallischen Faltenbälge 21a‘, 21b‘ und 21c‘.
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Die gezeigten Lösungen, insbesondere die Anordnung der Antriebe außerhalb der Vakuumumgebung, ermöglichen eine kontaminationsarme und schnelle Bewegung des zu vermessenden optischen Elementes. Darüber hinaus kann aufgrund der extrem reibungsarmen Lagerung die Dimensionierung der zur der Bewegung des optischen Elementes erforderlichen Stellmotoren bzw. Aktuatoren entsprechend günstig gewählt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012223034 A1 [0001]
- WO 2005/047979 A1 [0003]
