DE102015221295A1

DE102015221295A1 - Piezoelektrische vorrichtung zur verwendung in einer optischen abbildungsanordnung

Info

Publication number: DE102015221295A1
Application number: DE102015221295.5A
Authority: DE
Inventors: Yim-Bun-Patrick Kwan
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2015-10-30
Filing date: 2015-10-30
Publication date: 2017-01-19

Abstract

Eine piezoelektrische Vorrichtung wird bereitgestellt, die eine Vielzahl von Piezoelementen und eine Vielzahl von Elektrodenelementen umfasst. Die Piezoelemente und die Elektrodenelemente weisen eine abwechselnd gestapelte Anordnung auf, bei der ein Piezoelement aus der Vielzahl von Piezoelementen zwischen einem ersten Elektrodenelement und einem zweiten Elektrodenelement der Vielzahl von Elektrodenelementen angeordnet ist. Die Piezoelemente umfassen ein piezoelektrisches Material, das mindestens im Wesentlichen frei von Dimensionshysterese ist, während die Elektrodenelemente ein Silicium(Si)-Material umfassen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft piezoelektrische Vorrichtungen, die in optischen Abbildungsanordnungen verwendet werden können, wie etwa solchen, die in Mikrolithographiesystemen verwendet werden. Sie betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen piezoelektrischen Vorrichtung. Sie betrifft ferner optische Abbildungsanordnungen, die eine derartige piezoelektrische Vorrichtung verwenden, sowie Verfahren zum Detektieren oder aktiven Einstellen eines Zustands einer Optikkomponente einer optischen Abbildungsanordnung. Die Erfindung kann im Kontext photolithographischer Prozesse zum Herstellen mikroelektronischer Bauelemente, insbesondere von Halbleiterbauelementen, oder im Kontext von Herstellungsvorrichtungen, wie etwa Masken oder Retikeln, die während solchen photolithographischen Prozessen verwendet werden, verwendet werden.
Typischerweise umfassen die Optiksysteme, die im Kontext des Herstellens mikroelektronischer Bauelemente, wie etwa Halbleiterbauelemente, verwendet werden, eine Vielzahl von Optikelementeinheiten, die Optikelemente, wie etwa Linsen und Spiegel usw., die in dem Belichtungslichtpfad des Optiksystems angeordnet sind, umfassen. Jene Optikelemente wirken üblicherweise in einem Belichtungsprozess zusammen, um ein Bild eines auf einer Maske, einem Retikel oder dergleichen gebildeten Musters, auf ein Substrat, wie etwa einen Wafer zu übertragen. Die Optikelemente sind üblicherweise in einer oder mehreren funktional abgesetzten Optikelementgruppen kombiniert. Diese abgesetzten Optikelementgruppen können von abgesetzten optischen Belichtungseinheiten gehalten werden. Insbesondere sind solche optischen Belichtungseinheiten bei hauptsächlich refraktiven Systemen häufig aus einem Stapel optischer Elementmodule, die ein oder mehrere Optikelemente enthalten, aufgebaut. Die Optikelementmodule umfassen üblicherweise eine externe im Allgemeinen ringförmige Haltevorrichtung, die ein oder mehrere Optikelementhalter halten, die wiederum jeweils ein Optikelement halten. Solche dioptrischen Systeme (die ausschließlich refraktive Optikelemente verwenden) oder katadioptrischen Systeme (die sowohl refraktive als auch reflektive Optikelemente verwenden) werden typischerweise im sogenannten Vakuum-Ultraviolett(VUV)-Bereich betrieben, typischerweise unter Verwendung von Wellenlängen, die von 100 nm bis 200 nm, in vielen Fällen um 193 nm, reichen.
Aufgrund der fortschreitenden Miniaturisierung von Halbleiterbauelementen besteht allerdings ein permanenter Bedarf an verbesserter Auflösung der Optiksysteme, die zum Herstellen jener Halbleiterbauelemente verwendet werden. Dieser Bedarf an verbesserter Auflösung treibt den Bedarf an vergrößerter numerischer Apertur (NA) und vergrößerter Abbildungsgenauigkeit des Optiksystems.
Ein Ansatz, verbesserte Auflösung zu erreichen, besteht darin, die Wellenlänge des in dem Belichtungsprozess verwendeten Lichts zu verringern. In den letzten Jahren wurden Ansätze verfolgt, die Licht im extremen Ultraviolett(EUV)-Bereich verwenden, die typischerweise Wellenlängen verwenden, die von 5 nm bis 20 nm, in den meisten Fällen um 13 nm, reichen. In diesem EUV-Bereich ist es nicht mehr möglich, gewöhnliche refraktive Optik zu verwenden. Dies liegt daran, dass die für refraktive Optikelemente gewöhnlich verwendeten Materialien in diesem EUV-Bereich einen Absorptionsgrad zeigen, der zu hoch ist, um hochqualitative Belichtungsergebnisse zu erhalten. Folglich werden im EUV-Bereich reflektive Systeme im Belichtungsprozess verwendet, die reflektive Elemente, wie etwa Spiegel oder dergleichen umfassen, um das Bild des auf der Maske gebildeten Musters auf das Substrat, z. B. den Wafer zu übertragen.
Der Übergang zur Verwendung von reflektiven Systemen mit hoher numerischer Apertur (z. B. NA > 0,4 bis 0,5) im EUV-Bereich führt zu beträchtlichen Herausforderungen hinsichtlich des Designs der optischen Abbildungsanordnung.
Eine der kritischen Genauigkeitsanforderungen ist die Genauigkeit der Position des Bildes auf dem Substrat, die auch als Deckungsliniengenauigkeit (LoS-Genauigkeit – line of sight accuracy) bezeichnet wird. Die Deckungsliniengenauigkeit skaliert typischerweise mit näherungsweise dem Inversen der numerischen Apertur. Somit ist die Deckungsliniengenauigkeit für eine optische Abbildungsanordnung mit einer numerischen Apertur NA = 0,45 um einen Faktor 1,4 kleiner als die für eine optische Abbildungsanordnung mit einer numerischen Apertur von NA = 0,33. Typischerweise liegt die Deckungsliniengenauigkeit für eine numerische Apertur von NA = 0,45 unter 0,5 nm. Falls Doppelmusterung ebenfalls im Belichtungsprozess berücksichtigt werden soll, würde die Genauigkeit typischerweise um einen weiteren Faktor 1,4 verringert werden müssen. Folglich würde die Deckungsliniengenauigkeit in diesem Fall sogar unter 0,3 nm liegen.
Unter anderem führt das Obige zu sehr strengen Anforderungen hinsichtlich der relativen Position zwischen den an dem Belichtungsprozess beteiligten Komponenten sowie der Deformation der einzelnen Komponenten. Dies trifft sowohl auf den VUV-Bereich als auch auf den EUV-Bereich zu. Weiterhin ist es zum Erhalten hochqualitativer Halbleiterbauelemente nicht nur notwendig, ein Optiksystem bereitzustellen, das einen hohen Grad an Abbildungsgenauigkeit zeigt. Es ist ebenfalls nötig, einen derart hohen Grad an Genauigkeit über den gesamten Belichtungsprozess hinweg und über die Lebensdauer des Systems aufrechtzuerhalten. Als eine Konsequenz müssen die optischen Abbildungsanordnungskomponenten, d. h. die Maske, die Optikelemente und der Wafer, die zum Beispiel im Belichtungsprozess zusammenwirken, auf eine wohldefinierte Weise gehalten werden, um eine vorherdefinierte räumliche Beziehung zwischen den optischen Abbildungsanordnungskomponenten aufrechtzuerhalten und um minimale unerwünschte Deformation vorzusehen sowie um einen hochqualitativen Belichtungsprozess vorzusehen.
Um die vorherbestimmte räumliche Beziehung zwischen den optischen Abbildungsanordnungskomponenten aufrechtzuerhalten, über den gesamten Belichtungsprozess hinweg, selbst unter dem Einfluss von eingebrachten Vibrationen, unter anderem über die Bodenstruktur, die die Anordnung hält, und/oder über interne Quellen von Vibrationsstörungen, wie etwa beschleunigte Massen (z. B. sich bewegende Komponenten, turbulente Flüssigkeitsströme usw.) sowie unter dem Einfluss von thermisch verursachten Positionsveränderungen, ist es nötig, mindestens zeitweise die räumliche Beziehung zwischen gewissen Komponenten der optischen Abbildungsanordnung aufzunehmen und die Position von mindestens einer der Komponenten der optischen Abbildungsanordnung als eine Funktion des Ergebnisses des Aufnahmeprozesses anzupassen. Gleiches trifft auf die Deformation von mindestens einigen dieser Komponenten der optischen Abbildungsanordnung zu.
Um dies zu erreichen, verwenden viele derartige optische Abbildungssysteme piezoelektrische Vorrichtungen als Aktuatoren zum Ausüben geeigneter Belastungen auf die Komponenten der optischen Abbildungsanordnung, um die gewünschte Bewegung und/oder Deformation der jeweiligen Komponente zu erzeugen. Typischerweise bestehen solche piezoelektrischen Vorrichtungen aus einem Stapel einer Vielzahl piezoelektrischer Elemente (Piezoelemente), die durch Elektrodenelemente getrennt werden, die typischerweise aus Metallen, wie etwa Kupfer (Cu) bestehen, die verwendet werden, um das elektrische Feld innerhalb des Piezoelements zu erzeugen.
Typischerweise verwenden solche Piezoelemente, die aus keramischen Materialien, wie etwa Blei-Magnesium-Niobat(PMN)-Materialien oder Blei-Zirkonat-Titanat(PZT)-Materialien bestehen. Allerdings weisen diese bekannten Piezoelemente typischerweise intrinsische Nichtlinearitäten und Dimensionshysterese auf. In Anbetracht der oben ausgeführten strengen Genauigkeitsanforderungen an die optischen Abbildungssysteme führt dies dazu, dass diese bekannten piezoelektrischen Vorrichtungen nicht für offene Steuerung geeignet sind, sondern eine geschlossene Regelung erfordern. Demzufolge benötigen diese piezoelektrischen Vorrichtungen typischerweise einen oder mehrere zugeordnete Sensoren, wie etwa geeignete Positionssensoren, die Sensorinformationen aufnehmen, die den tatsächlichen Zustand der piezoelektrischen Vorrichtung selbst oder der zugeordneten Komponente repräsentieren und diese Sensorinformationen der zugeordneten Steuervorrichtung für die geschlossene Regelung zuführen. Dies trägt erheblich zu den Gesamtkosten des optischen Abbildungssystems bei.
Andererseits sind andere piezoelektrische Materialien, wie etwa Lithiumniobat (LiNbO₃), bekannt, die keine solche Nichtlinearität aufweisen. Lithiumniobat (LiNbO₃) ist ein bipolares kristallines Glas, das in seinen Ausgangszustand zurückkehrt, sobald das elektrische Feld entfernt wird, also keine Dimensionshysterese aufweist. Um allerdings einen Aktuatorstapel mit ausreichend nützlicher Dimensionsänderung bei praktikablen Treiberspannungen zu erschaffen (typischerweise weniger als 1 kV in einem solchen optischen Abbildungssystem), müsste eine vergleichsweise große Anzahl von dünnen Elementen oder Scheiben aus Lithiumniobat (LiNbO₃) mit geeigneten dazwischen platzierten Elektrodenelementen gestapelt werden.
Eine der Herausforderungen bei solch einer auf Lithiumniobat (LiNbO₃) basierenden piezoelektrischen Vorrichtung ist das langzeitstabile und zuverlässige Bonden zwischen den Komponenten der piezoelektrischen Vorrichtung, das so wenig Restspannungen wie möglich aufweisen sollte. Eines der auftretenden grundlegenden Probleme ist die ziemlich große Abweichung der Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) des piezoelektrischen Materials und des Elektrodenmaterials, so dass Hochtemperatur-Bondprozesse typischerweise nicht die beste Option darstellen, um Bonding zu erreichen.
Obwohl andererseits gezeigt worden ist, dass Silicium-Wafer bei Raumtemperatur an Lithiumniobat(LiNbO₃)-Wafer gebondet werden können (siehe z. B. M. Howlader, T. Suga: „Room temperature bonding of silicon and lithium niobate", Applied Physics Letters, Juli 2006), bonden Metallelektrodenelemente (typischerweise aus Kupfer (Cu) oder ähnlichen leitenden Metallen hergestellt), wie sie typischerweise für derartige piezoelektrische Vorrichtungen verwendet werden, bei Raumtemperatur nicht leicht und stabil an solche Lithiumniobat(LiNbO₃)-Elemente. Demzufolge müssten solche Elektrodenelemente typischerweise mit einem Klebstoff (wie etwa z. B. einem Epoxidharz) an den Lithiumniobat(LiNbO₃)-Scheiben befestigt werden, wobei die Stärke des Klebstoffbonds eine Funktion der Klebstoffschichtdicke ist.
Bei typischen Anwendungen auf dem Gebiet solcher optischen Abbildungsanordnungen würde ein Lithiumniobat(LiNbO₃)-Aktuatorstapel N > 10 Elektrodenelemente und, demzufolge, M = 2·N > 20 Klebstoffschichten umfassen. Selbst wenn es möglich wäre, eine Verringerung der Klebstärke des Bonds zu akzeptieren und die Dicke TAL der einzelnen Klebstoffschicht auf TAL < 10 μm zu verringern, würde als Konsequenz eine Anzahl von M > 20 Klebstoffschichten noch immer zu einer Gesamtdicke der Klebstoffschichten von 0TTAL = M·TAL > 200 μm führen.
Allerdings bringt die Verwendung derartiger Klebstoffmaterialien das Problem mit sich, dass sie über einen längeren Zeitraum nicht dimensionsstabil sind. Dies liegt zum Teil an Spannungsrelaxation nach dem Aushärten (wenn um die 3% Schrumpfung stattfanden), aber auch an Feuchtigkeitsabsorption. Solche merklichen zeitlichen Änderungen würden allerdings deutlich den immer kleineren Fehlerspielraum übersteigen, der in solchen optischen Abbildungssystemen typischerweise zur Verfügung steht.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Somit ist ein Gegenstand der Erfindung, mindestens in gewissem Ausmaße, die obigen Nachteile zu überwinden und gute und langzeitstabile zuverlässige Abbildungseigenschaften einer optischen Abbildungsanordnung, die in einem Belichtungsprozess verwendet wird, bereitzustellen.
Es ist ferner ein Gegenstand der Erfindung, den für eine optische Abbildungsanordnung notwendigen Aufwand zu verringern, während mindestens die Abbildungsgenauigkeit der optischen Abbildungsanordnung, die in einem Beluchtungsprozess verwendet wird, aufrechterhalten wird.
Es ist ein weiterer Gegenstand der Erfindung, eine lineare, im Wesentlichen dimensionshysteresefreie piezoelektrische Vorrichtung mit Nanometerniveaugenauigkeit bereitzustellen.
Diese Gegenstände werden erfindungsgemäß gemäß einem Aspekt erreicht, der auf den technischen Lehren basiert, dass eine Gesamtreduktion des für eine optische Abbildungsanordnung nötigen Aufwands, während mindestens die Abbildungsgenauigkeit der optischen Abbildungsanordnung aufrechterhalten wird, erreicht werden kann, falls ein piezoelektrisches Material, das im Wesentlichen frei von Dimensionshysterese ist, zum Beispiel Lithiumniobat(LiNbO₃)-Material, für das Piezoelement verwendet wird, obgleich die Elektrodenelemente aus einem Silicium(Si)-Material bestehen.
Die Verwendung des piezoelektrischen Materials, das im Wesentlichen frei von Dimensionshysterese ist, weist den großen Vorteil auf, dass die piezoelektrische Vorrichtung in einer offenen Steuerung betrieben werden kann, was die Anzahl der für die spezielle optische Abbildungsanordnung benötigten Sensoren enorm verringert, und somit auch die Gesamtkosten der optischen Abbildungsanordnung. Es versteht sich, dass, im Sinne der vorliegenden Erfindung, jegliches Material, das eine Dimensionshysterese aufweist, die hinreichend gering ist, so dass der (Dimensionshysterese betreffende) in einer offenen Steuerung erzeugte Fehler in der jeweiligen optischen Abbildungsanwendung vernachlässigbar ist, als im Wesentlichen frei von Dimensionshysterese angesehen wird.
Die Verwendung eines Silicium(Si)-Materials für die Elektrodenelemente (anstelle des konventionellen Ansatzes unter Verwendung eines hochgradig elektrisch leitenden Metallmaterials) zeigt den großen Vorteil, dass es in einem anorganischen Niedertemperaturbondprozess an das piezoelektrische Material gebondet werden kann, der keine Verwendung irgendwelcher Klebstoffschichten erfordert, denen hinreichende Langzeitstabilität fehlt.
Eine der grundlegenden Ideen hinter der Erfindung besteht darin, dass, wie jegliches piezoelektrische Material, ein derartiges von Dimensionshysterese im Wesentlichen feies piezoelektrisches Material, wie etwa z. B. Lithiumniobat (LiNbO₃) auf das zwischen den Elektroden angelegte elektrische Feld reagiert. Demzufolge benötigt der Betrieb der piezoelektrischen Vorrichtung nicht notwendigerweise elektrisch hochleitfähiges Material für die Elektrodenelemente, wie es typischerweise für konventionelle piezoelektrische Vorrichtungen verwendet wird. Es ist vielmehr gezeigt worden, dass ein Silicium(Si)-Material von hinreichender elektrischer Leitfähigkeit verwendet werden kann, das Langzeitdimensionsstabilität sowie einen vergleichsweise geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten zeigt. Somit bietet die vorliegende Lösung auch hinsichtlich des verwendeten piezoelektrischen Materials eine erheblich bessere Übereinstimmung beim Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE).
Somit ist gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung eine piezoelektrische Vorrichtung vorgesehen, die eine Vielzahl von Piezoelementen und eine Vielzahl von Elektrodenelementen vorsieht. Die Piezoelemente und die Elektrodenelemente weisen eine abwechselnd gestapelte Anordnung auf, bei der ein Piezoelement aus der Vielzahl von Piezoelementen zwischen einem ersten Elektrodenelement und einem zweiten Elektrodenelement der Vielzahl von Elektrodenelementen angeordnet ist. Die Piezoelemente umfassen ein piezoelektrisches Material, das mindestens im Wesentlichen frei von Dimensionshysterese ist, während die Elektrodenelemente ein Silicium(Si)-Material umfassen.
Es versteht sich, dass grundsätzlich irgendein gewünschtes und geeignetes Material für sowohl das Piezoelement als auch für das Elektrodenelement ausgewählt werden kann, solange die oben erörterten vorteilhaften Eigenschaften erreicht werden.
Bevorzugt wird das piezoelektrische Material (im Folgenden auch als piezoelektrisches Material HFPM bezeichnet) aus einer Gruppe piezoelektrischer Materialien ausgewählt, bestehend aus einem bipolaren piezoelektrischen Material, einem piezoelektrischen kristallinen Glasmaterial, einem Lithiumniobat(LiNbO₃)-Material, Quarz (SiO₂), Galliumphosphat (GaPO₄), hemimorphem Turmalin, Lanthan-Galliumsilicat (La₃Ga₅SiO₁₄, auch als Langasit bezeichnet), Calciumgallo-Germanat (Ca₃Ga₂Ge₄O₁₄) und Kombinationen davon. Jegliches dieser piezoelektrischen Materialien zeigt, wie oben erörtert, mindestens einige der vorteilhaften Eigenschaften. Insbesondere weist das Lithiumniobat(LiNbO₃)-Material alle der hier ausgeführten vorteilhaften Eigenschaften und Vorteile auf.
Darüber hinaus ist das Siliciummaterial bevorzugt aus einer Siliciummaterial-Gruppe ausgewählt, die aus elektrisch leitendem Silicium (Si), monokristallinem Silicium (Si) und Kombinationen davon besteht. Hier zeigt auch jegliches dieser Silicium (Si) Materialien, wie oben erörtert, mindestens einige der vorteilhaften Eigenschaften. Insbesondere zeigt ein elektrisch leitfähiges monokristallines Silicium(Si)-Material, wie hier ausgeführt, alle der vorteilhaften Eigenschaften und Vorteile.
Es versteht sich, dass das jeweilige Piezoelement und das erste und/oder das zweite Elektrodenelement nicht notwendigerweise gebondet sein müssen. Es kann ausreichen, diese Elemente einfach zu stapeln und eine mechanische Belastungsvorrichtung vorzusehen, um richtigen Kontakt und Ausrichtung zwischen den gestapelten Elementen unter jeglichen Betriebsbedingungen der piezoelektrischen Vorrichtung zu gewährleisten, die bei Normalbetrieb der piezoelektrischen Vorrichtung zu erwarten sind. Eine derartige mechanische Belastungsvorrichtung kann zum Beispiel ein oder mehrere elastische Elemente umfassen (wie etwa Federelemente usw.), die innerhalb des Stapels eine Vorspannung erzeugen, die die nötige Kontaktkraft zwischen den gestapelten Elementen gewährleistet.
Es versteht sich, dass jegliche langzeitstabile Bondingtechnik, die insbesondere die Verwendung von langzeitinstabilen Klebstoffschichten zwischen dem Piezoelement und den Elektrodenelementen vermeidet, im Kontext der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Bevorzugt wird das erste Elektrodenelement und/oder das zweite Elektrodenelement in mindestens einem Bondingprozess aus einer Bondingprozess-Gruppe an das Piezoelement gebondet, die aus Niedertemperatur-Bonding, anorganischem Bonding, anodischem Bonding und Kombinationen davon, besteht. Jegliche dieser Bondingtechniken zeigt, wie oben erörtert, mindestens einige der vorteilhaften Eigenschaften. Insbesondere weist ein anorganischer Niedertemperatur-Bondingprozess, wie hier ausgeführt, alle vorteilhaften Eigenschaften und Vorteile auf.
Es versteht sich, dass, in Abhängigkeit von der für die spezielle optische Abbildungsanwendung nötigen Bondingkräfte, das obige piezoelektrische Material HFPM und das Silicium(Si)-Material hinreichend gut bei Raumtemperatur bonden, ohne das Zwischenlegen eines Schnittstellenmaterials. Bei gewissen Ausführungsformen wird allerdings vor dem Bonden eine Schnittstellenschicht zwischen dem ersten Elektrodenelement und/oder dem zweiten Elektrodenelement und dem Piezoelement angebracht. Diese Schnittstellenschicht umfasst bevorzugt mindestens ein Schnittstellenmaterial, das aus einer Schnittstellenmaterial-Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Metallmaterial, einem Eisen(Fe)-Material, Gold (Au), Platin (Pt) und Kombinationen davon besteht. Mit einem derartigen Schnittstellenmaterial kann ein besonders starkes und langzeitstabiles Bonden zwischen dem Piezoelement und dem jeweiligen Elektrodenelement erreicht werden.
Es versteht sich, dass dünne Schnittstellenschichten bevorzugt werden, die die mechanischen Eigenschaften der piezoelektrischen Vorrichtung nicht beeinträchtigen. Somit kann die Schnittstellenschicht im Allgemeinen eine beliebige gewünschte Dicke aufweisen (d. h., die Dimension entlang der jeweiligen lokalen Oberflächennormalen der Schnittstellenoberfläche), so lange wie sie die mechanischen Eigenschaften und/oder die Langzeitstabilität der Schnittstelle nicht beeinträchtigt. Bei bevorzugten Ausführungsformen definiert das Piezoelement eine Schnittstellenoberfläche mit dem ersten Elektrodenelement und/oder dem zweiten Elektrodenelement, während die Schnittstellenoberfläche eine Schnittstellenschichtdicke entlang einer lokalen Oberflächennormalen der Schnittstellenoberfläche aufweist. In diesen Fällen beträgt die Schnittstellenschichtdicke bevorzugt 1 nm bis 2 nm, bevorzugt 3 nm bis 10 nm und besonders bevorzugt 4 nm bis 7 nm. Auf diese Weise kann ein besonders robustes und langzeitstabiles Bonden zwischen dem Piezoelement und dem jeweiligen Elektrodenelement erreicht werden.
Es versteht sich weiterhin, dass die Schnittstellenschicht auf einem oder auf beiden des Piezoelements und des jeweiligen Elektrodenelements (vor dem Bonding) auf irgendeine gewünschte Weise aufgebracht werden kann, so dass eine hinreichend gleichmäßig verteilte Schnittstellenschicht erstellt wird. Bevorzugt wird die Schnittstellenschicht auf dem Piezoelement und/oder dem ersten Elektrodenelement und/oder dem zweiten Elektrodenelement in mindestens einem Schnittstellenschicht-Erzeugungsprozess aus einer Schnittstellenschicht-Erzeugungsprozess-Gruppe aufgebracht, die aus Sputterbeschichten, physikalischer Dampfabscheidung (PVD), chemischer Dampfabscheidung (CVD) und Kombinationen davon besteht. Hierdurch können besonders gleichmäßig verteilte und hinreichend dünne Schnittstellenschichten erreicht werden.
Es versteht sich, dass es im Allgemeinen bevorzugt ist, eine Übereinstimmung zwischen den zusammenkommenden Oberflächen des Piezoelements und des Elektrodenelements zu haben, die so perfekt wie möglich ist. Somit wird bevorzugt, dass die jeweilige Schnittstellenoberfläche eine Oberflächenrauhigkeit aufweist, die hinreichend gering für einen sogenannten optischen Kontaktierprozess (auch als optisches Kontaktbonden oder Ansprengen bezeichnet) ist, folglich bevorzugt unter 1 nm rms, besonders bevorzugt unter 0,7 nm rms, besonders bevorzugt unter 0,5 nm rms. Darüber hinaus kann auf beiden der Schnittstellenoberflächen eine Oberflächenbehandlung aufgebracht werden, um die Anziehung der Oberfläche zu verbessern, um stabile Bindungen einzugehen. Gleiches trifft auf die Passung zwischen den zusammenkommenden Schnittstellenoberflächen zu (z. B. die Ebenheit im Falle einer ebenen Schnittstellenoberfläche), die ebenfalls hinreichend für einen solchen optischen Kontaktierprozess sein sollte.
Um eine derartig gute Übereinstimmung und leicht bondbare Schnittstellenoberflächen zu erreichen, definieren bevorzugt jeweils das Piezoelement und das erste Elektrodenelement und/oder das zweite Elektrodenelement zusammenkommende Schnittstellenoberflächen und mindestens eine der zusammenkommenden Schnittstellenoberflächen wurde (vor dem Bonden) unter Verwendung von mindestens einem Oberflächenbehandlungsprozess aus einer Oberflächenbehandlungsprozess-Gruppe, die aus Polieren, Oberflächenaktivierungsbehandlung und Kombinationen davon besteht, behandelt. Während Polieren eine vorteilhafte geometrische Übereinstimmung zwischen den Oberflächen schafft, verbessert Oberflächenaktivierung die jeweilige Anziehung zum Eingehen stabiler Bindungen auf vorteilhafte Weise.
Es versteht sich, dass das Piezoelement sowie das jeweilige Elektrodenelement, als eine Funktion der jeweiligen Anwendung der piezoelektrischen Vorrichtung, eine beliebige gewünschte und geeignete Dickendimension aufweisen können. Bei bevorzugten Ausführungsformen definiert das Piezoelement eine Schnittstellenoberfläche mit dem ersten Elektrodenelement und/oder dem zweiten Elektrodenelement. Hier weist das Piezoelement eine Dicke des Piezoelements entlang einer lokalen Oberflächennormalen der Schnittstellenoberfläche auf, wobei die Dicke des Piezoelements 0,3 mm bis 5 mm, bevorzugt 0,4 mm bis 3 mm, besonders bevorzugt 0,5 mm bis 2 mm beträgt. Zusätzlich oder als eine Alternative weist das erste Elektrodenelement und/oder das zweite Elektrodenelement eine Dicke des Elektrodenelements entlang einer lokalen Oberflächennormalen der Schnittstellenoberfläche auf, wobei die Dicke des Elektrodenelements 0,05 mm bis 0,8 mm, bevorzugt 0,08 mm bis 0,5 mm, besonders bevorzugt 0,1 mm bis 0,3 mm beträgt. Beide dieser Dimensionen ergeben Konfigurationen der piezoelektrischen Vorrichtung, die insbesondere besonders vorteilhaft im Gebiet von optischen Abbildungssystemen sind, die für Mikrolithographie verwendet werden.
Es versteht sich, dass bei gewissen Ausführungsformen gewisse Elektrodenelementpaare mehr als einem Piezoelement zugeordnet sein können. Bei gewissen, insbesondere einfachen und robusten Ausführungsformen kontaktiert allerdings jedes der Piezoelemente ein zugeordnetes erstes Elektrodenelement und ein zugeordnetes zweites Elektrodenelement.
Es versteht sich ferner, dass jegliches gewünschte und geeignete elektrische Verbindungsschema als eine Funktion der zu erfüllenden Aufgabe realisiert werden kann, wenn die piezoelektrische Vorrichtung verwendet wird. Zum Beispiel kann jedes Paar von Elektrodenelementen, das einem speziellen Piezoelement zugeordnet ist, eine einzelne Elektrodeneinheit bilden, die einzeln angesteuert werden kann. Gleichermaßen können allerdings eine oder mehrere getrennte Gruppen von Elektrodenelementen elektrisch verbunden sein, um getrennte Elektrodeneinheiten zum gleichzeitigen Ansteuern einer Vielzahl von Piezoelementen zu bilden.
Bei gewissen Ausführungsformen kontaktiert jedes der Piezoelemente ein zugeordnetes erstes Elektrodenelement und ein zugeordnetes zweites Elektrodenelement und die ersten Elektrodenelemente sind elektrisch verbunden, um eine erste Elektrodeneinheit zu bilden, die dafür ausgelegt ist, mit einer ersten Polarität versehen zu werden, und/oder die zweiten Elektrodenelemente sind elektrisch verbunden, um eine zweite Elektrodeneinheit zu bilden, die dafür ausgelegt ist, mit einer zweiten, der ersten Polarität entgegengesetzten, Polarität versehen zu werden. Auf diese Weise kann ein besonders einfaches Steuerschema implementiert werden.
Es versteht sich, dass jegliche gewünschte Anzahl von Piezoelementen als eine Funktion der von der piezoelektrischen Vorrichtung zu erfüllenden Aufgabe realisiert werden kann. Bevorzugt umfasst die Vielzahl von Piezoelementen 4 bis 200 Piezoelemente, bevorzugt 30 bis 150 Piezoelemente, besonders bevorzugt 50 bis 100 Piezoelemente. Auf diese Weise können Konfigurationen erreicht werden, die besonders geeignet zur Verwendung im Kontext mit optischen Abbildungsanwendungen, insbesondere Mikrolithographieanwendungen sind.
Es versteht sich, dass jegliches gewünschte Steuerschema unter Verwendung der hier beschriebenen piezoelektrischen Vorrichtung implementiert werden kann. Insbesondere kann natürlich eine geschlossene Regelung für die piezoelektrische Vorrichtung als Funktion der zu erfüllenden Aufgabe implementiert werden. Bei gewissen Ausführungsformen ist eine Steuervorrichtung vorgesehen, die mit dem ersten Elektrodenelement und dem zweiten Elektrodenelement verbunden ist. Die Steuervorrichtung ist bevorzugt dafür ausgelegt, in einer offenen Steuerung ein elektrisches Feld zwischen dem ersten Elektrodenelement und dem zweiten Elektrodenelement anzulegen. Eine derartige Lösung ist besonders bevorzugt, da sie den Gesamtaufwand für das Steuersystem erheblich verringert.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine optische Abbildungsanordnung zur Verwendung in einem optischen Abbildungsprozess, die eine Optikkomponente, die ausgelegt ist zum Beteiligen an dem optischen Abbildungsprozess, und eine piezoelektrische Vorrichtung gemäß der Erfindung umfasst. Es versteht sich, dass die piezoelektrische Vorrichtung im Allgemeinen für zu erfüllende Aktuatorfunktionen oder Sensorfunktionen innerhalb der optischen Abbildungsanordnung geeignet ist. Somit kann die piezoelektrische Vorrichtung speziell dafür ausgelegt sein, beliebige dieser Funktionen innerhalb der optischen Abbildungsanordnung vorzusehen.
Bei gewissen Ausführungsformen kann die piezoelektrische Vorrichtung dafür ausgelegt sein, unter der Steuerung einer Steuereinheit eine Belastung auf die Optikkomponente auszuüben. Somit kann die piezoelektrische Vorrichtung mit anderen Worten gesagt verwendet werden, eine Aktuatorfunktion zu erfüllen. Wie oben ausgeführt, ist die Steuereinheit bevorzugt dafür ausgelegt, die piezoelektrische Vorrichtung in einer offenen Steuerung zu steuern, wodurch eine besonders einfache und kosteneffiziente Konfiguration erreicht wird.
Darüber hinaus kann die piezoelektrische Vorrichtung, um eine häufig in optischen Abbildungsanordnungen verwendete Aktuatoraufgabe zu erfüllen, dafür ausgelegt sein, sich beim Einstellen einer Position und/oder einer Ausrichtung und/oder einer Deformation der Optikkomponente in mindestens einem Freiheitsgrad (bis zu allen sechs Freiheitsgraden im Raum) zu beteiligen.
Es versteht sich, dass die piezoelektrische Vorrichtung so implementiert sein kann, dass eine beliebige gewünschte Stelle innerhalb der optischen Abbildungsanordnung eine beliebige gewünschte Aufgabe erfüllen kann. Bei gewissen Ausführungsformen kann die piezoelektrische Vorrichtung dafür ausgelegt sein, zwischen einem ersten Teil und einem zweiten Teil der Optikkomponente zu arbeiten. Bei anderen Ausführungsformen kann die piezoelektrische Vorrichtung dafür ausgelegt sein, zwischen der Optikkomponente und einer Haltestruktur, die die Optikkomponente hält, zu arbeiten.
Es versteht sich ferner, dass die Optikkomponente eine beliebige gewünschte Komponente innerhalb der optischen Abbildungsanordnung sein kann. Bei gewissen bevorzugten Ausführungsformen umfasst die Optikkomponente ein Optikelement. Auf diese Weise kann das Piezoelement zum Beispiel direkt auf ein Optikelement wirken, das an dem optischen Abbildungsprozess, der mit der optischen Abbildungsanordnung durchgeführt werden soll, beteiligt ist. Natürlich kann das Piezoelement, bei anderen Ausführungsformen, auch Sekundäraufgaben durchführen.
Die optische Abbildungsanordnung kann eine beliebige optische Abbildungseinrichtung sein, die eine beliebige Art einer optischen Abbildung vorsieht. Bevorzugt ist die optische Abbildungsanordnung dafür ausgelegt, für Mikrolithographie verwendet zu werden, unter Verwendung von Belichtungslicht bei einer Belichtungslichtwellenlänge in einem UV-Bereich, insbesondere einem EUV-Bereich oder einem VUV-Bereich. Somit weist das Belichtungslicht bei gewissen Ausführungsformen eine Belichtungslichtwellenlänge auf, die von 5 nm bis 20 nm oder von 100 nm bis 200 nm reicht.
Bei gewissen Ausführungsformen umfasst die optische Abbildungsanordnung eine Beleuchtungseinheit, eine Maskeneinheit, eine optische Projektionseinheit und eine Substrateinheit. Hier ist die Beleuchtungseinheit dafür ausgelegt, eine Maske, die von der Maskeneinheit aufgenommen wurde, mit dem Belichtungslicht zu beleuchten. Die optische Projektionseinheit ist dafür ausgelegt, ein Bild eines Musters, das auf der Maske gebildet wurde, auf ein Substrat zu übertragen, das von der Substrateinheit aufgenommen wurde. Die piezoelektrische Vorrichtung bildet einen Teil der Beleuchtungseinheit oder der optischen Projektionseinheit.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer piezoelektrischen Vorrichtung vorgesehen, die eine Vielzahl von Piezoelementen und eine Vielzahl von Elektrodenelementen umfasst. Das Verfahren umfasst das Stapeln und Bonden der Piezoelemente und der Elektrodenelemente in einer abwechselnden Anordnung, so dass ein Piezoelement aus der Vielzahl von Piezoelementen zwischen einem ersten Elektrodenelement und einem zweiten Elektrodenelement der Vielzahl von Elektrodenelementen angeordnet ist. Die Piezoelemente sind aus einem Piezoelementmaterial hergestellt, das ein piezoelektrisches Material umfasst, das mindestens im Wesentlichen frei von Dimensionshysterese ist, wobei die Elektrodenelemente aus einem Elektrodenelement-Material hergestellt sind, das Silicium(Si)-Material umfasst. Bei diesem Verfahren können die oben im Kontext der optischen Abbildungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführten Gegenstände, Varianten und Vorteile im gleichen Ausmaße erreicht werden, insofern ausdrücklich Bezug auf die im Vorstehenden gemachten Aussagen genommen wird.
Es versteht sich, dass, wie oben ausgeführt, die piezoelektrische Vorrichtung als eine Aktuatorvorrichtung und/oder als eine Sensorvorrichtung verwendet werden kann. Somit betrifft die vorliegende Erfindung gemäß einem dritten Aspekt, ein Verfahren zum aktiven Einstellen und/oder Aufnehmen einer Deformation und/oder einer Ausrichtung und/oder einer Position der Optikkomponente der optischen Abbildungsanordnung gemäß der Erfindung in mindestens einem Freiheitsgrad bis zu allen sechs Freiheitsgraden im Raum unter Verwendung der piezoelektrischen Vorrichtung Bei diesem Verfahren können die oben im Kontext der optischen Abbildungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführten Gegenstände, Varianten und Vorteile im gleichen Ausmaße erreicht werden, insofern ausdrücklich Bezug auf die im Vorstehenden gemachten Aussagen genommen wird.
Wie oben ausgeführt wurde, kann ein elektrisches Feld zwischen dem ersten Elektrodenelement und dem zweiten Elektrodenelement der piezoelektrischen Vorrichtung angelegt werden, um eine Belastung auf die Optikkomponente auszuüben. Wie erläutert wird das elektrische Feld bevorzugt als eine offene Steuerung angelegt, um besonders einfache und kosteneffiziente Konfigurationen zu erreichen. Weiterhin kann zusätzlich oder als Alternative ein elektrisches Feld zwischen dem ersten Elektrodenelement und dem zweiten Elektrodenelement der piezoelektrischen Vorrichtung erfasst werden, um eine Sensorfunktion vorzusehen.
Letztlich betrifft die vorliegende Erfindung nach einem vierten Aspekt ein optisches Abbildungsverfahren, bei dem in einem Belichtungsprozess, der Belichtungslicht verwendet, ein Bild eines Musters, unter Verwendung der optischen Abbildungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, auf ein Substrat übertragen wird. Bei diesem Verfahren können ebenfalls die oben im Kontext der optischen Abbildungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführten Gegenstände, Varianten und Vorteile im gleichen Ausmaße erreicht werden, insofern ausdrücklich Bezug auf die im Vorstehenden gemachten Aussagen genommen wird.
Während des Belichtungsprozesses können Informationen, die eine Deformation und/oder eine Ausrichtung und/oder eine Position des Optikelementkörpers der optischen Abbildungsanordnung repräsentieren, in mindestens einem Freiheitsgrad bis zu allen sechs Freiheitsgraden im Raum, unter Verwendung eines Verfahrens zum Aufnehmen solcher Informationen gemäß der vorliegenden Erfindung, aufgenommen werden.
Zusätzlich oder als Alternative, wird während des Belichtungsprozesses eine Deformation und/oder eine Ausrichtung und/oder eine Position des Optikelementkörpers der optischen Abbildungsanordnung in mindestens einem Freiheitsgrad bis zu allen sechs Freiheitsgraden im Raum, unter Verwendung eines Verfahrens zum Erzeugen solcher Bewegung gemäß der vorliegenden Erfindung, aktiv eingestellt.
Weitere Aspekte und Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der abhängigen Ansprüche und der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, die sich auf die beigefügten Figuren bezieht, ersichtlich. Alle Kombinationen der offenbarten Merkmale, ob sie nun ausdrücklich in den Ansprüchen ausgeführt werden oder nicht, liegen innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform einer optischen Abbildungsanordnung, mit der bevorzugte Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Verfahren ausgeführt werden können.
2 ist eine schematische Schnittdarstellung eines Teils der optischen Abbildungsanordnung von 1.
3 ist eine schematische Schnittdarstellung eines Details III von 2.
4 ist ein Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen optischen Abbildungsverfahrens, das bevorzugte Ausführungsformen der weiteren erfindungsgemäßen Verfahren beinhaltet, die mit der optischen Abbildungsanordnung von 1 ausgeführt werden können.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Im Folgenden werden bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsformen einer optischen Abbildungsanordnung 101 im Kontext, in dem bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsformen von Verfahren ausgeführt werden können, mit Bezug auf 1 bis 3 beschrieben. Um das Verständnis der folgenden Erläuterungen zu erleichtern, wird ein xyz-Koordinatensystem in den Figuren eingeführt, wobei die z-Richtung die Vertikalrichtung (d. h. die Richtung der Schwerkraft) kennzeichnet.
1 ist eine hoch schematische und nicht maßstabsgetreue Darstellung der optischen Abbildungsanordnung in Form einer optischen Belichtungseinrichtung 101, die im EUV-Bereich bei einer Wellenlänge von 13 nm arbeitet. Die optische Belichtungseinrichtung 101 umfasst eine optische Projektionseinheit 102, die ausgelegt ist zum Übertragen eines Bildes eines auf einer Maske 103.1 (die sich auf einem Maskentisch 103.2 der Maskeneinheit 103 befindet) gebildeten Musters auf ein Substrat 104.1 (das sich auf einem Substrattisch 104.2 der Substrateinheit 104 befindet). Um dies zu erreichen umfasst die optische Belichtungseinrichtung 101 ein Beleuchtungssystem 105, das die reflektive Maske 103.1 über ein passendes Lichtleitersystem 105.2 mit Belichtungslicht (dargestellt durch dessen Hauptstrahl 105.1) beleuchtet. Die optische Projektionseinheit 102 empfängt das von der Maske 103.1 reflektierte Licht und projiziert das Bild des auf der Maske 103.1 gebildeten Musters auf das Substrat 104.1, z. B. einen Wafer oder dergleichen.
Um dies zu erreichen, enthält die optische Projektionseinheit 102 eine Optikelementeinheiten-Gruppe 106 von Optikelementeinheiten 106.1 bis 106.6. Diese Optikelementeinheiten-Gruppe 106 wird innerhalb einer Optikelementhaltestruktur 102.1 gehalten. Die Optikelementhaltestruktur 102.1 kann die Form einer Gehäusestruktur der optischen Projektionseinheit 102 annehmen, die im Folgenden auch als die Projektionsoptikkistenstruktur (POB) 102.1 bezeichnet wird. Es versteht sich allerdings, dass diese Optikelementhaltestruktur nicht notwendigerweise eine vollständige oder sogar (licht- und/oder flüssigkeits-) dichte Umfassung der Optikelementeinheiten-Gruppe 106 bilden muss. Vielmehr kann sie auch zum Teil als eine offene Struktur gebildet sein, wie es im vorliegenden Beispiel der Fall ist.
Es versteht sich, dass, im Sinne der vorliegenden Erfindung, eine Optikelementeinheit lediglich aus einem Optikelement, wie einem Spiegel, bestehen könnte. Allerdings kann eine solche Optikelementeinheit auch weitere Komponenten umfassen, wie etwa einen Halter, der ein solches Optikelement hält.
Die Projektionsoptikkistenstruktur 102.1 wird auf eine virbationsisolierte Weise auf einer lasttragenden Struktur 107.1 getragen, die wiederum auf einer Grund- oder Basisstruktur 107.2 gehalten wird. Die lasttragende Struktur 107.1 wird auf der Grund- oder Basisstruktur 107.2 auf eine vibrationsisolierte Weise getragen, bei einer Vibrationsisolations-Resonanzfrequenz, die von 0,05 Hz bis 8,0 Hz, bevorzugt von 0,1 Hz bis 1,0 Hz, besonders bevorzugt von 0,2 Hz bis 0,6 Hz reicht. Weiterhin wird typischerweise ein Dämpfungsverhältnis von 5% bis 60%, bevorzugt von 10% bis 30%, besonders bevorzugt von 20% bis 25% gewählt. Im vorliegenden Beispiel ist eine Vibrationsisolations-Resonanzfrequenz von 0,25 Hz bis 2 Hz bei einem Dämpfungsverhältnis von 15% bis 35% für den vibrationsisolierten Halter der lasttragenden Struktur 107 ausgewählt.
Die Grund- oder Basisstruktur 107.2 hält ebenfalls (auf eine vibrationsisolierte Weise) den Maskentisch 103.2 über eine Maskentischhaltevorrichtung 103.3 und den Substrattisch 104.2 über eine Substrattischhaltevorrichtung 104.3. Es versteht sich allerdings, dass bei anderen Ausführungsformen der Erfindung die lasttragende Struktur 107.1 auch den Maskentisch 103.2 und den Substrattisch 104.2 (vorzugsweise auf eine vibrationsisolierte Weise) halten kann.
Es versteht sich, dass die Projektionsoptikkistenstruktur 102.1 auf eine kaskadierte Weise über eine Vielzahl von Vibrationsisolierungsvorrichtungen und mindestens eine Zwischenhaltestruktureinheit gehalten wird, um eine gute Vibrationsisolation zu erreichen. Im Allgemeinen können diese Vibrationsisolationsvorrichtungen verschiedene Isolationsfrequenzen aufweisen, um gute Vibrationsisolation über einen breiten Frequenzbereich zu erreichen.
Die Optikelementeinheiten-Gruppe 106 umfasst insgesamt sechs Optikelementeinheiten, nämlich eine erste Optikelementeinheit 106.1, eine zweite Optikelementeinheit 106.2, eine dritte Optikelementeinheit 106.3, eine vierte Optikelementeinheit 106.4, eine fünfte Optikelementeinheit 106.5 und eine sechste Optikelementeinheit 106.6. In der vorliegenden Ausführungsform umfasst jede der Optikelementeinheiten 106.1 bis 106.6 ein Optikelement in der Form eines Spiegels, im Folgenden auch als Spiegel M1 bis M6 bezeichnet.
Es versteht sich weiterhin, dass bei anderen Erfindungsausführungsformen eine andere Anzahl von Optikelementeinheiten verwendet werden kann. Bevorzugt sind vier bis acht Optikelementeinheiten vorgesehen.
Jeder der Spiegel 106.1 (M1) bis 106.6 (M6) wird auf der Haltestruktur, die von der Projektionsoptikkistenstruktur 102.1 gebildet wird, von einer zugeordneten Haltevorrichtung 108.1 bis 108.6 gehalten. Jede der Haltevorrichtungen 108.1 bis 108.6 ist als eine aktive Vorrichtung ausgebildet, so dass jeder der Spiegel 106.1 bis 106.6 aktiv mit einer definierten Regelbandbreite gehalten wird. Es versteht sich weiter, das bei anderen Erfindungsausführungsformen nur ein Teil der Spiegel 106.1 (M1) bis 106.6 (M6) aktiv gehalten werden kann.
Wie anhand des Beispiels der Haltevorrichtung 108.1 in der vorliegenden Ausführungsform erläutert werden wird, umfasst die aktive Haltevorrichtung 108.1, zum Erreichen des aktiven Haltens der Optikelementeinheit 106.1, eine bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsform der piezoelektrischen Vorrichtung 109, wie sie schematisch in 2 gezeigt ist.
Wie anhand 2 ersichtlich ist, ist die piezoelektrische Vorrichtung 109 mechanisch mit der Optikelementeinheit 106.1 und der Projektionsoptikkistenstruktur 102.1 verbunden. Es versteht sich zum Beispiel, dass eine Vielzahl derartiger piezoelektrischer Vorrichtungen 109 am Umfang der Optikelementeinheit 106.1 verteilt sein kann, um Halten in mindestens einem Freiheitsgrad bis zu allen sechs Freiheitsgraden im Raum vorzusehen.
Zum Beispiel können in der vorliegenden Ausführungsform sechs dieser piezoelektrischen Vorrichtungen 109 vorgesehen sein, um einen konventionellen Hexapod-Halter der Optikelementeinheit 106.1 vorzusehen. Allerdings kann bei anderen Ausführungsformen eine beliebige andere gewünschte Anzahl und Konfiguration der piezoelektrischen Vorrichtungen 109 als Funktion der zu erhaltenden Betätigung der Optikelementeinheit 106.1 ausgewählt sein. Somit kann letztlich eine einzige piezoelektrische Vorrichtung ausreichend sein.
Es versteht sich, dass der aktive Halter der Optikelementeinheit 106.1 über die piezoelektrischen Vorrichtungen 109 dafür ausgelegt sein kann, eine Position und/oder eine Ausrichtung und/oder eine Deformation der Optikelementeinheit 106.1 in mindestens einem Freiheitsgrad bis zu allen sechs Freiheitsgraden einzustellen.
Wie anhand von 2 ersichtlich ist, umfasst die piezoelektrische Vorrichtung 109 eine Vielzahl von Piezoelementen 110 und eine Vielzahl von Elektrodenelementen 111.1 und 111.2. Die Piezoelemente 110 und die Elektrodenelemente 111.1, 111.2 weisen eine abwechselnd gestapelte Anordnung auf, so dass jedes Piezoelement 110 zwischen einem ersten Elektrodenelement 111.1 und einem zweiten Elektrodenelement 111.2 angeordnet ist.
Die Piezoelemente 110 sind aus einem piezoelektrischen Material HFPM hergestellt, das mindestens im Wesentlichen frei von Dimensionshysterese ist. Im vorliegenden Beispiel ist das piezoelektrische Material HFPM ein Lithiumniobat(LiNbO₃)-Material, das ein bipolares, kristallines Glasmaterial ist. Die Verwendung eines solchen piezoelektrischen Materials HFPM weist den großen Vorteil auf, dass aufgrund der Abwesenheit merklicher Dimensionshysterese des Piezoelements 110, die piezoelektrische Vorrichtung 109 von einer Steuervorrichtung 112 in einer offenen Steuerung betrieben werden kann.
Darüber hinaus weist die Bipolarität des piezoelektrischen Materials HFPM (d. h. die Tatsache, dass sich das Material bei einer ersten Polarität zusammenzieht und sich bei entgegengesetzter zweiter Polarität ausdehnt) des Piezoelements 110 den großen Vorteil auf, dass (bei einem vorgegebenen maximalen Treiberspannungspegel) der nutzbare Bereich der piezoelektrischen Vorrichtung 109 im Vergleich zu herkömmlichen, monopolaren piezoelektrischen Vorrichtungen im Grunde sogar verdoppelt werden kann.
Es versteht sich, dass in anderen Ausführungsformen ein beliebiges anderes piezoelektrisches Material für die Piezoelemente 110 verwendet werden kann, deren Dimensionshysterese hinreichend gering ist, so dass der (auf Dimensionshysterese bezogene) Fehler, der von den Piezoelementen 110 in einer offenen Steuerung erzeugt wird, in dem optischen Abbildungsprozess, der mit der optischen Abbildungseinrichtung 101 durchgeführt wird, vernachlässig bar ist.
Die Piezoelemente 110 verringern im Vergleich zu herkömmlichen piezoelektrischen Vorrichtungen den Gesamtaufwand für die aktive Halterungsvorrichtung 108.1 ganz erheblich. Dies liegt an der Tatsache, dass derartige herkömmliche piezoelektrische Vorrichtungen, als Ergebnis von deren nicht vernachlässigbarer Dimensionshysterese, eine geschlossene Regelung mit einem oder mehreren Sensoren erfordern, die den tatsächlichen Zustand der aktiven Halterungsvorrichtung in den jeweiligen relevanten Freiheitsgraden aufnehmen. Verglichen damit, können die Piezoelemente 110 dank ihrer verschwindenden Dimensionshysterese in einer offenen Steuerung betrieben werden, so dass mindestens einige dieser Zustandssensoren weggelassen werden können.
Wie oben ausgeführt wurde, reagiert das Lithiumniobat(LiNbO₃)-Material des Piezoelements 110 auf das zwischen den Elektrodenelementen 111.1 und 111.2 angelegte elektrische Feld. Demzufolge benötigt der Betrieb der piezoelektrischen Vorrichtung 109 nicht notwendigerweise elektrisch hochleitfähiges Material für die Elektrodenelemente 111.1, 111.2, wie es typischerweise für konventionelle piezoelektrische Vorrichtungen verwendet würde. Eher wird in dem vorliegenden Beispiel ein hinreichend elektrisch leitendes monokristallines Silicium(Si)-Material für die Elektrodenelemente 111.1 und 111.2 verwendet.
Dieses Silicium(Si)-Material weist die bemerkenswerte Eigenschaft auf, dass es eine Langzeit-Dimensionsstabilität zeigt. Darüber hinaus weist das Silicium(Si)-Material der Elektrodenelemente 111.1, 111.2 einen vergleichsweise geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) auf, der eine erheblich bessere Übereinstimmung mit dem piezoelektrischen Material HFPM der Piezoelemente 110 liefert.
Weiterhin weist die Verwendung eines Silicium(Si)-Materials für die Elektrodenelemente 111.1, 111.2 den großen Vorteil auf, dass die Elektrodenelemente 111.1, 111.2 in einem anorganischen Niedertemperaturbondprozess mit dem Piezoelement 110 gebondet werden können, der bei Raumtemperatur ausgeführt werden kann. Somit erfordert Bonden des Piezoelements 110 und des jeweiligen Elektrodenelements 111.1, 111.2, im Vergleich zu herkömmlichen Konfigurationen unter Verwendung eines hochgradig elektrisch leitenden Metallmaterials für das Elektrodenelement, nicht die Verwendung von Klebstoffschichten, die keine hinreichende Langzeitstabilität aufweisen.
In dem vorliegenden Beispiel werden das erste Elektrodenelement 111.1 und das zweite Elektrodenelement 111.2 in einem Niedertemperaturbondprozess an das Piezoelement 110 gebondet. Um dies zu erreichen, weist das Piezoelement Schnittstellenoberflächen 110.1 und 110.2 auf, während das erste Elektrodenelement 111.1 eine erste Schnittstellenoberfläche 111.3 aufweist und das zweite Elektrodenelement 111.2 eine zweite Schnittstellenoberfläche 111.4 aufweist.
Wie oben ausgeführt wurde, ist es im Allgemeinen bevorzugt, jeweils eine Übereinstimmung zwischen den zusammenkommenden Schnittstellenoberflächen 110.1 und 111.3 des Piezoelements 110 und des ersten Elektrodenelements 111.1 zu haben, die so perfekt wie möglich ist. Gleiches trifft jeweils für die zusammenkommenden Schnittstellenoberflächen 110.2 und 111.4 des Piezoelements 110 und das zweite Elektrodenelement 111.2 zu. In dem vorliegenden Beispiel werden die zusammenkommenden Schnittstellenoberflächen 110.1, 110.2, 111.3 und 111.4 vor dem Bonden in einem Polierprozess poliert, so dass sie eine Oberflächenrauhigkeit aufweisen, die unter 1 nm rms, bevorzugt unter 0,7 nm rms, besonders bevorzugt unter 0,5 nm rms liegt.
Darüber hinaus kann, in dem vorliegenden Beispiel, vor dem Bonden auf alle der Schnittstellenoberflächen 110.1, 110.2, 111.3 und 111.4 eine Oberflächenbehandlung angewandt werden, um die Anziehung der jeweiligen Oberfläche zu verbessern, um stabile Bindungen einzugehen.
Beim vorliegenden Beispiel wird, als Ergebnis erhöhter Anforderungen hinsichtlich der Bondkräfte, die für Zwecke der optischen Abbildungseinrichtung 101 benötigt werden, vor dem Bonden jeweils eine Schnittstellenschicht 113 zwischen dem Piezoelement und dem ersten Elektrodenelement 111.1 und dem zweiten Elektrodenelement 111.2 platziert.
In dem vorliegenden Beispiel ist die jeweilige Schnittstellenschicht 113 aus einem leitenden Metallschnittstellenmaterial, nämlich einem Eisen(Fe)-Material, hergestellt. Die Verwendung eines derartigen leitenden Schnittstellenmaterials weist den Vorteil auf, dass ein besonders starkes und langzeitstabiles Bonden zwischen dem Piezoelement 110 und dem jeweiligen Elektrodenelement 111.1, 111.2 erreicht werden kann.
Wie oben ausgeführt wurde, werden dünne Schnittstellenschichten 113 bevorzugt, die die mechanischen Eigenschaften der piezoelektrischen Vorrichtung 109 nicht beeinträchtigen. Somit weist die Schnittstellenschicht in dem vorliegenden Beispiel eine Schnittstellenschichtdicke ILT (d. h. die Dimension entlang der jeweiligen lokalen Oberflächennormalen der Schnittstellenoberfläche 110.1, 110.2) auf, die die mechanischen Eigenschaften und/oder die Langzeitstabilität des Bonds an der Schnittstelle nicht nachteilig beeinflusst. Genauer weist die Schnittstellenschicht in der vorliegenden Ausführungsform eine Schnittstellenschichtdicke ILT von 1 nm bis 20 nm, bevorzugt von 3 nm bis 10 nm, besonders bevorzugt von 4 nm bis 7 nm auf. Auf diese Weise kann ein besonders robustes und langzeitstabiles Bonden zwischen dem Piezoelement 110 und dem jeweiligen Elektrodenelement 111.1, 111.2 erreicht werden.
In dem vorliegenden Beispiel wird vor dem Bonden die jeweilige Schnittstellenschicht 113 auf den Schnittstellenoberflächen 110.1 und 110.2 des Piezoelements 110.1 aufgebracht. Dies kann auf beliebige gewünschte und geeignete Weise vorgenommen werden, die eine hinreichend gleichmäßig verteilte Schnittstellenschicht 113 schafft. In dem vorliegenden Beispiel wird die jeweilige Schnittstellenschicht 113 in einem Sputterbeschichtungsprozess auf dem Piezoelement 110 aufgebracht. Allerdings kann bei anderen Ausführungsformen ein beliebiger anderer Beschichtungsprozess, wie etwa physikalische Dampfabscheidung (PVD), chemische Dampfabscheidung (CVD) und Kombinationen davon verwendet werden, um die Schnittstellenschicht 113 herzustellen. Darüber hinaus versteht sich, dass Teile der Schnittstellenschicht auf dem Piezoelement 110.1 und dem jeweiligen Elektrodenelement 111.1 und 111.2 aufgebracht werden können.
Wie oben ausgeführt wurde, können das Piezoelement 110 sowie das jeweilige Elektrodenelement 111.1 und 111.2 eine beliebige gewünschte und geeignete Dickendimension aufweisen, als eine Funktion der jeweiligen Anwendung der piezoelektrischen Vorrichtung 109 in der optischen Abbildungseinrichtung 101.
Das Piezoelement 110 weist jeweils eine Piezoelementdicke PET entlang einer lokalen Oberflächennormalen der Schnittstellenoberfläche 110.1 und 110.2 auf. In der vorliegenden Ausführungsform beträgt die Piezoelementdicke PET 0,3 mm bis 5 mm, bevorzugt 0,4 mm bis 3 mm, besonders bevorzugt 0,5 mm bis 2 mm.
Weiterhin weist das erste Elektrodenelement 111.1 eine erste Elektrodenelementdicke EET1 auf, während das zweite Elektrodenelement 111.2 eine zweite Elektrodenelementdicke EET2 aufweist, jeweils entlang einer lokalen Oberflächennormalen der Schnittstellenoberfläche 110.1 und 110.2. In dem vorliegenden Beispiel betragen die erste Elektrodenelementdicke EET1 und die zweite Elektrodenelementdicke EET2 jeweils 0,05 mm bis 0,8 mm, bevorzugt 0,08 mm bis 0,5 mm, besonders bevorzugt 0,1 mm bis 0,3 mm. Alle dieser Dimensionen ergeben Konfigurationen der piezoelektrischen Vorrichtung, die insbesondere im Kontext der optischen Abbildungseinrichtung 101 vorteilhaft sind.
Wie oben ausgeführt wurde, kann jegliches gewünschte und geeignete elektrische Verbindungsschema der Elektrodenelemente 111.1 und 111.2 mit der Steuervorrichtung 112 als eine Funktion der zu erfüllenden Aufgabe realisiert werden, wenn die piezoelektrische Vorrichtung 109 innerhalb der optischen Abbildungseinrichtung 101 verwendet wird. Zum Beispiel kann jedes Paar von Elektrodenelementen 111.1, 111.2, das einem speziellen Piezoelement 110 zugeordnet ist, eine einzelne Elektrodeneinheit bilden, die einzeln von der Steuervorrichtung 112 angesteuert werden kann. Gleichermaßen können eine oder mehrere getrennte Gruppen von Elektrodenelementen 111.1 und 111.2 jeweils elektrisch untereinander verbunden sein, um getrennte Elektrodeneinheiten zum gleichzeitigen Ansteuern einer Vielzahl von Piezoelementen 110 zu bilden.
Wie anhand von 2 ersichtlich ist, kontaktiert im vorliegenden Beispiel jedes der Piezoelemente 110 ein zugeordnetes erstes Elektrodenelement 111.1 und ein zugeordnetes zweites Elektrodenelement 111.2. Die ersten Elektrodenelemente 111.1 sind über einen ersten elektrischen Verbinder 111.5 elektrisch verbunden, während die zweiten Elektrodenelemente 111.2 über einen zweiten elektrischen Verbinder 111.6 elektrisch verbunden sind. Somit bilden die ersten Elektrodenelemente 111.1 eine erste Elektrodeneinheit 111.7, die von der Steuereinheit 112 angesteuert werden kann. Gleichermaßen bilden die zweiten Elektrodenelemente 111.2 eine zweite Elektrodeneinheit 111.8, die von der Steuereinheit 112 angesteuert werden kann.
Es versteht sich, dass die Piezoelemente 110 ein sogenanntes Richtungsverhalten über ihre Dicke aufweisen (d. h. in dem vorliegenden Beispiel mit ebenen Piezoelementen 110, in der Richtung der Oberflächennormalen von deren jeweiliger Schnittstellenoberfläche 110.1, 110.2). Somit weist zum Beispiel das Piezoelement 110 eine vorgegebene piezoelektrische Direktionalität PED auf (von der ersten Schnittstellenoberfläche 110.1 zur zweiten Schnittstellenoberfläche 110.2), derart, dass es sich ausdehnt (entlang der Dickenrichtung), falls eine positive Spannung zwischen der ersten Schnittstellenoberfläche 110.1 und der zweiten Schnittstellenoberfläche 110.2 angelegt wird, während es sich zusammenzieht (entlang der Dickenrichtung), falls eine negative Spannung zwischen der ersten Schnittstellenoberfläche 110.1 und der zweiten Schnittstellenoberfläche 110.2 angelegt wird.
Es versteht sich, dass aufgrund der Bipolarität der Piezoelemente 110, in der gestapelten Anordnung des vorliegenden Beispiels, eine spezielle Anordnung der Piezoelemente 110 und einer entsprechenden elektrischen Verbindung mit der Steuervorrichtung 112 erforderlich ist, um gleichzeitig Ausdehnen oder Zusammenziehen der Piezoelemente 110 zu erzeugen.
Um dies zu erreichen, sind die Piezoelemente 110 in einer ersten Alternative in einer Abfolge mit abwechselnder piezoelektrischer Direktionalität PED angeordnet, derart, dass die erste Schnittstellenoberfläche 110.1 eines Piezoelements 110 dicht an einer ersten Schnittstellenoberfläche 110.1 eines benachbarten Piezoelements 110 platziert ist. Mit anderen Worten gesagt, kontaktiert die erste Schnittstellenoberfläche 110.1 jedes Piezoelements 110 in diesem Fall ein erstes Elektrodenelement 111.1, während die zweite Schnittstellenoberfläche 110.2 jedes Piezoelements 110 ein zweites Elektrodenelement 111.2 kontaktiert. Gleichzeitiges Zusammenziehen oder Ausdehnen der Piezoelemente wird dann einfach durch elektrisches Verbinden aller ersten Elektrodenelemente 111.1 über den ersten Verbinder 111.5 mit dem selben ersten Potential und durch Verbinden aller zweiten Elektrodenelemente 111.2 über den zweiten Verbinder 111.6 mit dem selben zweiten Potential erreicht.
Als Alternative kann ebenfalls vorgesehen sein, dass alle Piezoelemente 110 mit identischer piezoelektrischer Direktionalität PED angeordnet sind, so dass die erste Schnittstellenoberfläche 110.1 eines Piezoelements 110 dicht an einer zweiten Schnittstellenoberfläche 110.2 des benachbarten Piezoelements 110 platziert ist. In diesem Falle müsste das in benachbarten Piezoelementen 110 erzeugte elektrische Feld dieselbe Richtung und Polarität aufweisen, um gleichzeitig Ausdehnen oder Zusammenziehen der Piezoelemente 110 zu erzeugen. Somit würde das jeweilige Elektrodenelement 111.1, 111.2, das zwischen zwei derartigen Piezoelementen 110 platziert ist, mit getrennten leitenden Gebieten an den entsprechenden Schnittstellenoberflächen zu dem jeweiligen Piezoelement 110 versehen werden müssen. Derart getrennte und elektrisch isolierte leitende Gebiete können leicht auf dem Silicium(Si)-Material des jeweiligen Elektrodenelements 111.1, 111.2 unter Verwendung wohlbekannter herkömmlicher Techniken für Siliciumverarbeitung gebildet werden. Diese getrennten leitenden Gebiete auf beiden Schnittstellenseiten der jeweiligen Elektrodenelemente 111.1, 111.2 sind jeweils separat elektrisch mit der Steuereinheit 112 über den zugeordneten Verbinder 111.5 und 111.6 verbunden. Somit müssten die getrennten leitenden Gebiete von der Steuereinheit 112 mit Spannungen mit entgegengesetzter Polarität angesteuert werden.
Wie oben ausgeführt wurde, kann ein beliebiges Steuerschema zum Steuern der piezoelektrischen Vorrichtung 109 in der Steuervorrichtung 112 implementiert sein. Im vorliegenden Beispiel legt die Steuervorrichtung 112 dank der wie oben ausgeführten Eigenschaften des Piezoelements 110 in einer offenen Steuerung ein elektrisches Feld EF zwischen dem entsprechenden ersten Elektrodenelement 111.1 und dem zugeordneten zweiten Elektrodenelement 111.2 an. Wie erwähnt, ist eine derartige offene Steuerung ganz besonders bevorzugt, da sie den Gesamtaufwand für das Steuerungssystem und somit für die optische Abbildungseinrichtung 101 erheblich verringert.
Wie oben ausgeführt wurde, kann jegliche gewünschte Anzahl von Piezoelementen 110 als eine Funktion der von der piezoelektrischen Vorrichtung 109 zu erfüllenden Aufgabe verwendet werden. In dem vorliegenden Beispiel werden 19 Piezoelemente 110 verwendet. Allerdings können bei anderen Ausführungsformen 4 bis 200 Piezoelemente, bevorzugt 30 bis 150 Piezoelemente, besonderes bevorzugt 50 bis 100 Piezoelemente für die piezoelektrische Vorrichtung 109 verwendet werden.
Es versteht sich, dass die piezoelektrische Vorrichtung 109 ausschließlich für die oben ausgeführten Aktuatorfunktionen verwendet werden kann. Nichtsdestotrotz kann die piezoelektrische Vorrichtung 109, aufgrund der Eigenschaften des Piezoelements 110, auch als eine Erfassungsvorrichtung verwendet werden. Um dies zu erreichen, kann die Steuervorrichtung 112 dafür ausgelegt sein, Veränderungen innerhalb der zwischen dem jeweiligen ersten und dem zweiten Elektrodenelement 111.1, 111.2 angelegten Spannung aufzunehmen, die die Deformation des jeweiligen Piezoelements 110 repräsentieren.
Es versteht sich, dass die piezoelektrische Vorrichtung 109 abweichend von der aktiven Haltevorrichtung 108.1 an einer beliebigen gewünschten anderen Stelle innerhalb der optischen Abbildungsanordnung 101 implementiert werden kann, wobei jedwede gewünschte Aktuator- und/oder Sensoraufgabe erfüllt wird. Insbesondere kann eine derartige piezoelektrische Vorrichtung 109 auch Teil des Beleuchtungssystems 105, der Maskeneinheit 103 oder der Substrateinheit 104 sein.
Darüber hinaus muss die piezoelektrische Vorrichtung 109 nicht notwendigerweise zwischen einer optischen Abbildungseinheit, wie etwa der optischen Abbildungseinheit 106.1, und der Haltestruktur 102.1 wirken. Somit kann solch eine piezoelektrische Vorrichtung 109 zum Beispiel auch zwischen verschiedenen Teilen einer beliebigen Komponente der optischen Abbildungseinrichtung 101, z. B. zwischen verschiedenen Teilen der optischen Abbildungseinheit 106.1 wirken. Gleichermaßen kann sie zwischen zwei beliebigen anderen Komponenten der optischen Abbildungseinrichtung 101 wirken.
Mit der optischen Abbildungseinrichtung 101 von 1 bis 3 kann, nachdem sie in einem Prozess hergestellt wurde, umfassend eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen einer erfindungsgemäßen piezoelektrischen Vorrichtung, ein Verfahren zum Übertragen eines Bildes eines Musters auf ein Substrat ausgeführt werden, unter Verwendung einer erfindungsgemäßen bevorzugten Ausführungsform des optischen Abbildungsverfahrens, das eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens des aktiven Einstellens und/oder Aufnehmens einer Deformation und/oder einer Ausrichtung und/oder einer Position einer Optikkomponente der optischen Abbildungsanordnung beinhaltet, wie es im Folgenden mit Bezugnahme auf 1 bis 4 beschrieben werden wird.
In einem Übertragungschritt dieses Verfahrens wird ein Bild des auf der Maske 103.1 gebildeten Musters unter Verwendung der Projektionseinheit 102 der optischen Abbildungsanordnung 101 auf das Substrat 104.1 übertragen, die in einem Schritt S1 bereitgestellt und in der Konfiguration, wie sie oben in einem Schritt S2 dargelegt wurde, angeordnet wurden. In diesem Schritt S1 wurde insbesondere die piezoelektrische Vorrichtung 109, wie oben ausgeführt, unter Verwendung einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens des Herstellens einer derartigen piezoelektrischen Vorrichtung 109 hergestellt.
Um den Übertragungsschritt auszuführen, werden in einem Aufnahmeschritt S3 Sensorinformationen SI aufgenommen, die den Zustand von einer oder mehreren relevanten Komponenten und/oder anderen relevanten Betriebsparametern der optischen Abbildungseinrichtung 101 repräsentieren. Während dieses Aufnahmeschritts S3 kann insbesondere die piezoelektrische Vorrichtung 109 als eine Erfassungsvorrichtung verwendet werden, auf eine Weise wie sie oben dargelegt wurde.
In einem Steuerschritt S4 des Übertragungsschritts steuert die Steuerungsanordnung 114 der optischen Abbildungseinrichtung 101, die unter anderem die Steuervorrichtung 112 umfasst, die piezoelektrische Vorrichtung 109 als eine Funktion der aufgenommenen Sensorinformationen SI, um ihre wie oben dargelegte Aktuatorfunktion auszuführen. In einem Belichtungsschritt unmittelbar nach dem Steuerschritt S4 oder ihn schließlich überlappend, wird das Bild des auf der Maske 103.1 ausgebildeten Musters dann auf dem Substrat 104.1 unter Verwendung der optischen Abbildungsanordnung 101 belichtet.
Obgleich im Vorhergehenden Ausführungsformen der Erfindung beschrieben wurden, bei denen die Optikelemente ausschließlich reflektive Elemente sind, versteht sich, das bei anderen Ausführungsformen der Erfindung reflektive, refraktive oder diffraktive Elemente oder beliebige Kombinationen davon für die Optikelemente der Optikelementeinheiten verwendet werden können.
Zudem versteht sich, dass die vorliegende Erfindung, obwohl oben hauptsächlich im Kontext von Mikrolithographie beschrieben, auch im Kontext eines beliebigen anderen Typs von optischem Abbildungsprozess verwendet werden kann, der typischerweise einen vergleichsweise hohen Grad an Abbildungsgenauigkeit erfordert. Insbesondere kann die Erfindung im Kontext eines beliebigen anderen Typs von optischem Abbildungsprozess verwendet werden, der bei anderen Wellenlängen arbeitet, insbesondere in Abbildungsprozessen, die bei Wellenlängen im sogenannten Vakuumultraviolett(VUV)-Bereich (typischerweise von 100 nm bis 200 nm, z. B. bei 193 nm) betrieben werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

M. Howlader, T. Suga: „Room temperature bonding of silicon and lithium niobate”, Applied Physics Letters, Juli 2006 [0013]

Claims

Piezoelektrische Vorrichtung umfassend – eine Vielzahl von Piezoelementen, und – eine Vielzahl von Elektrodenelementen wobei – die Piezoelemente und die Elektrodenelemente eine abwechselnd gestapelte Anordnung aufweisen, wobei ein Piezoelement aus der Vielzahl von Piezoelementen zwischen einem ersten Elektrodenelement und einem zweiten Elektrodenelement der Vielzahl von Elektrodenelementen angeordnet ist; dadurch gekennzeichnet, dass – die Piezoelemente ein piezoelektrisches Material umfassen, das mindestens im Wesentlichen frei von Dimensionshysterese ist, und – die Elektrodenelemente ein Silicium(Si)-Material umfassen.
Piezoelektrische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei – das Piezoelektrische Material aus einer Gruppe piezoelektrischer Materialien ausgewählt ist und/oder das Siliciummaterial aus einer Siliciummaterial-Gruppe ausgewählt ist, – die Gruppe piezoelektrischer Materialien aus einem bipolaren piezoelektrischen Material, einem piezoelektrischen kristallinen Glasmaterial, einem Lithiumniobat(LiNbO₃)-Material, Quarz (SiO₂), Galliumphosphat (GaPO₄), hemimorphem Turmalin, Lanthan-Galliumsilicat (La₃Ga₅SiO₁₄), Calciumgallo-Germanat (Ca₃Ga₂Ge₄O₁₄) und Kombinationen davon besteht; und/oder – die Siliciummaterial-Gruppe aus elektrisch leitendem Silicium (Si), monokristallinem Silicium (Si) und Kombinationen davon besteht.
Piezoelektrische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, wobei – das erste Elektrodenelement und/oder das zweite Elektrodenelement mit dem Piezoelement in mindestens einem Bondingprozess aus einer Bondingprozessgruppe gebondet wird, – wobei die Bondingprozessgruppe aus Niedertemperaturbonding, anorganischem Bonding, anodischem Bonding und Kombinationen davon besteht.
Piezoelektrische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei – eine Schnittstellenschicht zwischen dem ersten Elektrodenelement und/oder dem zweiten Elektrodenelement und dem Piezoelement platziert ist; und – die Schnittstellenschicht mindestens ein Schnittstellenmaterial, das aus einer Schnittstellenmaterial-Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Metallmaterial, einem Eisen(Fe)-Material, Gold (Au), Platin (Pt) und Kombinationen davon besteht; wobei – das Piezoelement insbesondere eine Schnittstellenoberfläche mit dem ersten Elektrodenelement und/oder dem zweiten Elektrodenelement definiert und die Schnittstellenoberfläche insbesondere eine Schnittstellenschichtdicke entlang einer lokalen Oberflächennormalen der Schnittstellenoberfläche aufweist, wobei die Schnittstellenschichtdicke 1 nm bis 20 nm, bevorzugt 3 nm bis 10 nm, besonders bevorzugt 4 nm bis 7 nm beträgt; und/oder – die Schnittstellenschicht insbesondere auf dem Piezoelement und/oder dem ersten Elektrodenelement und/oder dem zweiten Elektrodenelement in mindestens einem Schnittstellenschicht-Erzeugungsprozess aus einer Schnittstellenschicht-Erzeugungsprozess-Gruppe aufgebracht wurde, wobei die Schnittstellenschicht-Erzeugungsprozess-Gruppe aus Sputterbeschichten, physikalischer Dampfabscheidung (PVD), chemischer Dampfabscheidung (CVD) und Kombinationen davon besteht.
Piezoelektrische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei – das Piezoelement und das erste Elektrodenelement und/oder das zweite Elektrodenelement zusammenkommende Schnittstellenoberflächen definieren; – mindestens eine der zusammenkommenden Schnittstellenoberflächen unter Verwendung mindestens eines Oberflächenbehandlungsprozesses aus einer Oberflächenbehandlungsprozess-Gruppe behandelt wurde, wobei die Oberflächenbehandlungsprozess-Gruppe aus Polieren, Oberflächenaktivierungsbehandlung und Kombinationen davon besteht.
Piezoelektrische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei – das Piezoelement eine Schnittstellenoberfläche mit dem ersten Elektrodenelement und/oder dem zweiten Elektrodenelement definiert; und – das Piezoelement eine Piezoelementdicke entlang einer lokalen Oberflächennormalen der Schnittstellenoberfläche aufweist, wobei die Piezoelementdicke 0,3 mm bis 5 mm, bevorzugt 0,4 mm bis 3 mm, besonders bevorzugt 0,5 mm bis 2 mm beträgt; und/oder – das erste Elektrodenelement und/oder das zweite Elektrodenelement eine Elektrodenelementdicke entlang einer lokalen Oberflächennormalen der Schnittstellenoberfläche aufweist, wobei die Elektrodenelementdicke 0,05 mm bis 0,8 mm, bevorzugt 0,08 mm bis 0,5 mm, besonders bevorzugt 0,1 mm bis 0,3 mm beträgt.
Piezoelektrische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei – jedes der Piezoelemente ein zugeordnetes erstes Elektrodenelement und ein zugeordnetes zweites Elektrodenelement kontaktiert, wobei insbesondere die ersten Elektrodenelemente elektrisch verbunden sind, um eine erste Elektrodeneinheit zu bilden, die dafür ausgelegt ist, mit einer ersten Polarität versehen zu werden, und/oder insbesondere die zweiten Elektrodenelemente elektrisch verbunden sind, um eine zweite Elektrodeneinheit zu bilden, die dafür ausgelegt ist, mit einer zweiten, der ersten Polarität entgegengesetzten Polarität versehen zu werden; und/oder – die Vielzahl von Piezoelementen 4 bis 200 Piezoelemente, bevorzugt 30 bis 150 Piezoelemente, besonders bevorzugt 50 bis 100 Piezoelemente umfasst; und/oder – eine Steuervorrichtung vorgesehen ist, wobei die Steuervorrichtung mit dem ersten Elektrodenelement und dem zweiten Elektrodenelement verbunden ist, wobei die Steuervorrichtung insbesondere dafür ausgelegt ist, in einer offenen Steuerung ein elektrisches Feld zwischen dem ersten Elektrodenelement und dem zweiten Elektrodenelement anzulegen.
Optische Abbildungsanordnung zur Verwendung in einem optischen Abbildungsprozess, die Folgendes umfasst: – eine Optikkomponente, die ausgelegt ist zum Beteiligen an dem optischen Abbildungsprozess, und – eine piezoelektrische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7; wobei – die piezoelektrische Vorrichtung insbesondere dafür ausgelegt ist, unter der Kontrolle einer Steuereinheit eine Belastung auf das Optikelement auszuüben, wobei die Steuereinheit insbesondere dafür ausgelegt ist, die piezoelektrische Vorrichtung in einer offenen Steuerung zu steuern; und/oder – die piezoelektrische Vorrichtung insbesondere dafür ausgelegt ist, sich am Einstellen einer Position und/oder einer Ausrichtung und/oder einer Deformation der Optikkomponente in mindestens einem Freiheitsgrad zu beteiligen; und/oder – die piezoelektrische Vorrichtung insbesondere dafür ausgelegt ist, zwischen einem ersten Teil und einem zweiten Teil der Optikkomponente oder der piezoelektrischen Vorrichtung zu wirken, insbesondere dafür ausgelegt ist, zwischen der Optikkomponente und einer Haltestruktur, die die Optikkomponente hält, zu wirken.
Optische Abbildungsanordnung nach Anspruch 8, wobei – die Optikkomponente ein Optikelement umfasst; und/oder – die optische Abbildungsanordnung dafür ausgelegt ist, für Mikrolithographie verwendet zu werden, unter Verwendung von Belichtungslicht bei einer Belichtungslichtwellenlänge in einem UV-Bereich, insbesondere einem EUV- oder einem VUV-Bereich; und/oder – das Belichtungslicht eine Belichtungslichtwellenlänge aufweist, die von 5 nm bis 20 nm oder von 100 nm bis 200 nm reicht; und/oder – eine Beleuchtungseinheit, eine Maskeneinheit, eine optische Projektionseinheit und eine Substrateinheit vorgesehen sind, wobei die Beleuchtungseinheit dafür ausgelegt ist, eine von der Maskeneinheit aufgenommene Maske mit dem Belichtungslicht zu beleuchten, wobei die optische Projektionseinheit dafür ausgelegt ist, ein Bild eines auf der Maske gebildeten Musters auf ein von der Substrateinheit aufgenommenes Substrat zu übertragen, wobei die piezoelektrische Vorrichtung einen Teil der Beleuchtungseinheit oder der optischen Projektionseinheit bildet.
Verfahren zur Herstellung einer piezoelektrischen Vorrichtung, die eine Vielzahl von Piezoelementen und eine Vielzahl von Elektrodenelementen umfasst, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: – Stapeln und Bonden der Piezoelemente und der Elektrodenelemente in einer abwechselnden Anordnung, so dass ein Piezoelement aus der Vielzahl von Piezoelementen zwischen einem ersten Elektrodenelement und einem zweiten Elektrodenelement der Vielzahl von Elektrodenelementen angeordnet ist; dadurch gekennzeichnet, dass – die Piezoelemente aus einem Piezoelement-Material hergestellt sind, das ein piezoelektrisches Material umfasst, das mindestens im Wesentlichen frei von Dimensionshysterese ist, und – die Elektrodenelemente aus einem Elektrodenelement-Material hergestellt sind, das Silicium(Si)-Material umfasst.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei – das erste Elektrodenelement und/oder das zweite Elektrodenelement mit dem Piezoelement in mindestens einem Bondingprozess aus einer Bondingprozessgruppe gebondet wird, – wobei die Bondingprozessgruppe aus Niedertemperaturbonding, anorganischem Bonding, anodischem Bonding und Kombinationen davon besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 und 11, wobei – vor dem Bonden eine Schnittstellenschicht auf mindestens einer Schnittstellenoberfläche gebildet wird, die zwischen der ersten Elektrode und/oder der zweiten Elektrode und dem Piezoelement platziert werden soll; – die Schnittstellenschicht aus mindestens einem Schnittstellenmaterial hergestellt wird, das aus einer Schnittstellenmaterial-Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Metallmaterial, einem Eisen(Fe)-Material, Gold (Au), Platin (Pt) und Kombinationen davon besteht; – die Schnittstellenschicht insbesondere auf dem Piezoelement und/oder dem ersten Elektrodenelement und/oder dem zweiten Elektrodenelement in mindestens einem Schnittstellenschicht-Erzeugungsprozess aus einer Schnittstellenschicht-Erzeugungsprozess-Gruppe aufgebracht wird, die aus Sputterbeschichten, physikalischer Dampfabscheidung (PVD), chemischer Dampfabscheidung (CVD) und Kombinationen davon besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei – das Piezoelement und das erste Elektrodenelement und/oder das zweite Elektrodenelement zusammenkommende Schnittstellenoberflächen definieren; und – vor dem Bonden mindestens eine der zusammenkommenden Schnittstellenoberflächen unter Verwendung mindestens eines Oberflächenbehandlungsprozesses aus einer Oberflächenbehandlungsprozess-Gruppe behandelt wird, wobei die Oberflächenbehandlungsprozess-Gruppe aus Polieren, Oberflächenaktivierungsbehandlung und Kombinationen davon besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei – jedes der Piezoelemente an ein zugeordnetes erstes Elektrodenelement und an ein zugeordnetes zweites Elektrodenelement gebondet wird, wobei – die ersten Elektrodenelemente insbesondere elektrisch verbunden werden, um eine erste Elektrodeneinheit zu bilden, die dafür ausgelegt ist, mit einer ersten Polarität versehen zu werden, und/oder – die zweiten Elektrodenelemente insbesondere elektrisch verbunden werden, um eine zweite Elektrodeneinheit zu bilden, die dafür ausgelegt ist, mit einer zweiten, der ersten Polarität entgegengesetzten Polarität versehen zu werden.
Verfahren zum aktiven Einstellen und/oder Aufnehmen einer Deformation und/oder einer Ausrichtung und/oder einer Position der Optikkomponente der optischen Abbildungsanordnung nach einem der Ansprüche 8 und 9 in mindestens einem Freiheitsgrad bis zu allen sechs Freiheitsgraden im Raum, unter Verwendung der piezoelektrischen Vorrichtung, wobei, – insbesondere ein elektrisches Feld zwischen dem ersten Elektrodenelement und dem zweiten Elektrodenelement der piezoelektrischen Vorrichtung in insbesondere einer offenen Steuerung angelegt wird, um eine Belastung auf die Optikkomponente auszuüben; und/oder – insbesondere ein elektrisches Feld zwischen dem ersten Elektrodenelement und dem zweiten Elektrodenelement der piezoelektrischen Vorrichtung erfasst wird; und/oder – die piezoelektrische Vorrichtung insbesondere zwischen einem ersten Teil und einem zweiten Teil der Optikkomponente oder der piezoelektrischen Vorrichtung wirkt, insbesondere zwischen der Optikkomponente und einer Haltestruktur, die die Optikkomponente hält, wirkt.
Optisches Abbildungsverfahren, wobei – in einem Belichtungsprozess unter Verwendung von Belichtungslicht ein Bild eines Musters auf ein Substrat übertragen wird, unter Verwendung der optischen Abbildungsanordnung nach einem der Ansprüche 8 und 9, wobei – während des Belichtungsprozesses insbesondere Informationen, die eine Deformation und/oder eine Ausrichtung und/oder eine Position der Optikkomponente der optischen Abbildungsanordnung repräsentieren, in mindestens einem Freiheitsgrad bis zu allen sechs Freiheitsgraden im Raum, unter Verwendung eines Verfahrens nach Anspruch 15 aufgenommen werden, und/oder – während des Belichtungsprozesses insbesondere eine Deformation und/oder eine Ausrichtung und/oder eine Position der Optikkomponente der optischen Abbildungsanordnung in mindestens einem Freiheitsgrad bis zu allen sechs Freiheitsgraden im Raum, unter Verwendung eines Verfahrens nach Anspruch 15, aktiv eingestellt werden.