DE102016225898A1 - Projection exposure apparatus for semiconductor lithography with actuatable faceted mirror - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie (400), mit mindesten einer mittels einer hydraulischen Positionsaktuators mit einer Hydraulikflüssigkeit (100, 100‘, 100‘‘) aktuierbaren Komponente. Erfindungsgemäß handelt es sich bei dem Positionsaktuator (100, 100‘, 100‘‘) um eine hydraulische Druckdose, wobei die Druckdose derart ausgestaltet ist, dass sie ihre Längenausdehnung in Aktuierungsrichtung bei einer Druckerhöhung in der Hydraulikflüssigkeit vergrößert.The invention relates to a projection exposure apparatus for semiconductor lithography (400), with at least one component which can be actuated by means of a hydraulic position actuator with a hydraulic fluid (100, 100 ', 100' '). According to the invention, the position actuator (100, 100 ', 100' ') is a hydraulic pressure cell, wherein the pressure cell is designed such that it increases its longitudinal extent in the actuation direction with an increase in pressure in the hydraulic fluid.
Description
Die Erfindung betrifft eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie, insbesondere eine EUV-Projektionsbelichtungsanlage. Derartige Anlagen werden zur Erzeugung feinster Strukturen insbesondere auf Halbleiterbauelementen oder anderen mikrostrukturierten Bauteilen verwendet. Das Funktionsprinzip der genannten Anlagen beruht dabei darauf, mittels einer in der Regel verkleinernden Abbildung von Strukturen auf einer Maske, einem sogenannten Reticle, auf einem mit photosensitivem Material versehenen zu strukturierenden Element und mittels nachfolgender weiterer Prozessschritte feinste Strukturen bis in den nm-Bereich zu erzeugen. Die minimalen Abmessungen der erzeugten Strukturen hängen dabei direkt von der Wellenlänge des verwendeten Lichtes ab. In jüngerer Zeit werden vermehrt Lichtquellen mit einer Emissionswellenlänge im Bereich weniger Nanometer, beispielsweise im Bereich zwischen 1 nm und 30 nm, insbesondere im Bereich von 13,5 nm verwendet. Der beschriebene Wellenlängenbereich wird auch als EUV-Bereich bezeichnet.The invention relates to a projection exposure apparatus for semiconductor lithography, in particular an EUV projection exposure apparatus. Such systems are used to produce very fine structures, in particular on semiconductor components or other microstructured components. The functional principle of the abovementioned systems is based on producing extremely fine structures down to the nm range by means of a generally smaller image of structures on a mask, a so-called reticle, on an element provided with photosensitive material and by means of subsequent further process steps , The minimum dimensions of the structures produced depend directly on the wavelength of the light used. Recently, more and more light sources with an emission wavelength in the range of a few nanometers, for example in the range between 1 nm and 30 nm, in particular in the range of 13.5 nm are used. The described wavelength range is also referred to as EUV range.
Zur Führung und Aufbereitung des emittierten Lichts werden unter anderem sogenannte Facettenspiegel verwendet, welche in der Regel eine Mehrzahl eng benachbarter, relativ kleinflächiger Spiegelfacetten oder Mikrospiegelarrays aufweisen. Die Spiegelfacetten sind wie auch die Mikrospiegelarrays üblicherweise einzeln oder in Gruppen hinsichtlich ihrer Ausrichtung ansteuerbar. Sie sind in der Regel in Ausnehmungen in einem beispielsweise plattenförmigen, ebenen oder gekrümmten Spiegelträger angeordnet.For guiding and processing the emitted light, so-called facet mirrors are used, among others, which generally have a plurality of closely adjacent, relatively small-area mirror facets or micromirror arrays. The mirror facets, like the micromirror arrays, can usually be actuated individually or in groups with respect to their orientation. They are usually arranged in recesses in a plate-shaped, planar or curved mirror carrier, for example.
Werden die oben genannten Facettenspiegel beispielsweise zu Wartungszwecken temporär aus dem Beleuchtungssystem entfernt oder getauscht, so stellt sich vielfach die Aufgabe, nach dem Wiedereinbau der Spiegel eine Justage des Strahlenganges vorzunehmen. Diese Problematik besteht insbesondere deswegen, weil bei freien Lichtwegen zwischen den genannten Facettenspiegeln und den im Lichtweg nachfolgenden Elementen, beispielsweise einem Retikel, in einem Bereich von 1–2m schon kleinste Winkelabweichungen in der Lage der Facettenspiegel zu einer erheblichen Abweichung des von den Spiegeln auf dem Retikel ausgeleuchteten Feldes führen können. Nach dem Stand der Technik werden derartige Abweichungen unter Verwendung sogenannter Spacer, also hochgenau vorgefertigter Abstandshalter korrigiert bzw. justiert. Nachteilig bei dieser Vorgehensweise ist jedoch, dass Mittels der genannten Spacer nur eine Justage auf diskrete Werte vorgenommen werden kann, so dass sich der Justageprozess vergleichsweise aufwendig gestaltet. Darüber hinaus lässt sich bei dieser Vorgehensweise auch eine zeitliche Drift der Spiegelausrichtung beispielsweise durch Setzen, Alterung und Temperaturänderung nicht beziehungsweise nur schwer korrigieren.If the above-mentioned facet mirrors are temporarily removed or exchanged for maintenance purposes, for example, from the lighting system, it is often the task to make an adjustment of the beam path after the mirrors have been replaced. This problem exists in particular because with free light paths between the facet mirrors and the elements following in the light path, for example a reticle, in a range of 1-2m even the smallest angular deviations in the position of the facet mirror to a significant deviation of the mirrors on the Reticle illuminated field can lead. According to the prior art, such deviations are corrected or adjusted using so-called spacers, that is, highly accurately prefabricated spacers. A disadvantage of this approach, however, is that means of said spacer only an adjustment to discrete values can be made, so that the adjustment process designed comparatively expensive. Moreover, in this approach, a temporal drift of the mirror alignment, for example, by setting, aging and temperature change can not or only difficult to correct.
Aus dem Stand der Technik sind bereits verschiedene Möglichkeiten bekannt, die Positionen von Komponenten in Projektionsbelichtungsanlagen feinfühlig zu justieren. So ist beispielsweise in der deutschen Patentanmeldung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie mit einem hydraulischen Aktuator anzugeben, dessen Steifigkeit gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen erhöht ist. The object of the present invention is to provide a projection exposure apparatus for semiconductor lithography with a hydraulic actuator whose rigidity is increased compared to the solutions known from the prior art.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen und Varianten der Erfindung.This object is achieved by a device having the features of independent claim 1. The subclaims relate to advantageous developments and variants of the invention.
Eine erfindungsgemäße Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie zeigt mindestens eine mittels eines hydraulischen Positionsaktuators mit einer Hydraulikflüssigkeit aktuierbare Komponente, wobei es sich bei dem Positionsaktuator um eine hydraulische Druckdose handelt. Dabei ist die Druckdose derart ausgestaltet, dass sie ihre Längenausdehnung in Aktuierungsrichtung bei einer Volumenerhöhung der in der Druckdose vorhandenen Hydraulikflüssigkeit vergrößert.A projection exposure apparatus according to the invention for semiconductor lithography shows at least one component which can be actuated by means of a hydraulic position actuator with a hydraulic fluid, wherein the position actuator is a hydraulic pressure cell. In this case, the pressure cell is designed such that it increases its length extension in Aktuierungsrichtung at an increase in volume of existing in the pressure cell hydraulic fluid.
Unter der Aktuierungsrichtung wird dabei diejenige Richtung verstanden, in welcher sich der Anbindepunkt des Aktuators an die zu positionierende Komponente bei einer Betätigung des Aktuators bewegt.In this case, the actuation direction is understood to be the direction in which the attachment point of the actuator moves to the component to be positioned when the actuator is actuated.
Mit anderen Worten wird erfindungsgemäß auf die aus dem Stand der Technik bekannte Kinematik weitgehend verzichtet, so dass der erfindungsgemäße Aktuator eine in Aktuierungsrichtung erhöhte Steifigkeit aufweist.In other words, according to the invention, the kinematics known from the prior art are largely dispensed with, so that the actuator according to the invention has an increased rigidity in the actuation direction.
Dabei kann die Druckdose in einem Beleuchtungssystem zur Beleuchtung eines Retikels in mechanischer Wirkverbindung mit mindestens einem Facettenspiegel stehen, so dass die Relativposition des Facettenspiegels gegenüber mindestens einer weiteren Komponente der Projektionsbelichtungsanlage verändert werden kann.In this case, the pressure cell in an illumination system for illuminating a reticle can be in mechanical operative connection with at least one facet mirror, so that the relative position of the facet mirror opposite at least one another component of the projection exposure system can be changed.
Bei dem Facettenspiegel kann es sich insbesondere um einen Pupillenfacettenspiegel handeln.The facet mirror may in particular be a pupil facet mirror.
Der Positionsaktuator kann dabei insbesondere eine Aktuierung parallel zur optischen Achse vornehmen. Für den Fall, dass lediglich ein Aktuator verwendet wird und der Facettenspiegel an anderer Stelle fixiert ist, kommt es zu einer Kippung der optischen Achse und damit zu einer Verschiebung und Rotation des optischen Koordinatensystems und einer Verschiebung des ausgeleuchteten Feldes auf dem im Lichtweg nachfolgenden optischen Element. Falls notwendig kann die Verschiebung des optischen Koordinatensystems durch eine entsprechende gegenläufige Bewegung anderer Aktuatoren kompensiert werden.The position actuator can in particular make an actuation parallel to the optical axis. In the event that only one actuator is used and the facet mirror is fixed elsewhere, there is a tilting of the optical axis and thus to a shift and rotation of the optical coordinate system and a shift of the illuminated field on the optical element following in the optical path , If necessary, the displacement of the optical coordinate system can be compensated by a corresponding opposite movement of other actuators.
Die Verwendung von Aktuatoren anstatt der nach dem Stand der Technik üblichen Spacer vereinfacht einerseits den Austausch einzelner Spiegelmodule bzw. Spiegelträger, da sich in derartigen Fällen sich das Feld, also derjenige Bereich, welcher auf einem Retikel ausgeleuchtet wird, um bis zu ca. 500µm verschieben kann und eine Justage des Feldes in Schritten bis zu 30 µm erforderlich ist. Bei Verwendung eines Aktuators entfällt der nach dem üblichen Stand der Technik erforderliche fein abgestufte Spacer-Satz. Ferner vereinfacht sich durch die erfindungsgemäße Maßnahme auch der Erstaufbau eines Beleuchtungssystems, da auch in diesen Fällen Fehlpositionierungen des Feldes im Bereich von 500µm möglich sind. Nur durch die Verwendung von Manipulatoren ist eine Online-Justage möglich. Darüber hinaus wird nach der Lehre der Erfindung ein modularer Aufbau des Beleuchtungssystems erleichtert. Die Komponenten Feldfacettenspiegelmodul, Pupillenfacettenspiegelmodul und Tragstruktur der Beleuchtungsvorrichtung können unabhängig voneinander realisiert werden und ein Einbau der beiden Spiegelmodule ist nur einmal erforderlich. Ein Austausch von Spacern zur Justage der Spiegelmodule ist im Unterschied zur bisherigen Systemen nach dem Stand der Technik nicht mehr erforderlich, wodurch auch die für den Tausch eines Spiegelmoduls erforderliche Zeit wesentlich verkürzt wird. The use of actuators instead of the spacers customary in the prior art, on the one hand, simplifies the replacement of individual mirror modules or mirror supports, since in such cases the field, ie the area which is illuminated on a reticle, is displaced by up to approximately 500 .mu.m can and an adjustment of the field in steps up to 30 microns is required. When using an actuator eliminates the required according to the usual state of the art finely graduated spacer set. Furthermore, the first construction of a lighting system is simplified by the measure according to the invention, since even in these cases incorrect positioning of the field in the range of 500 .mu.m are possible. Only through the use of manipulators an online adjustment is possible. In addition, a modular construction of the lighting system is facilitated according to the teachings of the invention. The components field facet mirror module, pupil facet mirror module and support structure of the illumination device can be implemented independently of each other and installation of the two mirror modules is required only once. An exchange of spacers for adjusting the mirror modules is no longer required in contrast to the previous systems according to the prior art, whereby the time required for the exchange of a mirror module is significantly shortened.
In einer vorteilhaften Variante der Erfindung sind drei einzeln ansteuerbare Positionsaktuatoren vorhanden.In an advantageous variant of the invention, three individually controllable position actuators are present.
Für den Fall, in welchem in dieser Konfiguration der Erfindung lediglich ein Aktuator angesteuert wird und die beiden anderen passiv bleiben, ergibt sich eine Verkippung um diejenige Achse, welche durch die beiden passiven Aktuatoren gebildet wird. Bei einem Abstand von ca. 300 mm zwischen dem angesteuerten Aktuator und der Kippachse ergibt sich pro µm Hub eine Winkelschrittweite der Verkippung von 3,3 µrad. Bei einem Lichtweg von ca. 2,5m zwischen einem Pupillenfacettenspiegel und einem Retikel ergibt sich pro µm Hub damit eine Feldverschiebung von ca. 17µm. Damit kann bei einem Gesamthub des Aktuators von +/–60µm eine Fehlpositionierung des Feldes von 1mm ausgeglichen werden.In the case in which in this configuration of the invention, only one actuator is controlled and the other two remain passive, there is a tilt about that axis, which is formed by the two passive actuators. At a distance of approx. 300 mm between the controlled actuator and the tilting axis, there is an angular increment of the tilt of 3.3 μrad per μm stroke. With a light path of approx. 2.5m between a pupil facet mirror and a reticle, this results in a field shift of approx. 17μm per μm of stroke. This can be compensated for a total stroke of the actuator of +/- 60μm an incorrect positioning of the field of 1mm.
Bei dem Positionsaktuator kann es sich insbesondere um eine hydraulische Druckdose mit einer Hydraulikflüssigkeit handeln. Eine derartige Druckdose ermöglicht auf einfache Weise eine stufenlose Positionierung, insbesondere Verkippung des Spiegelträgers. Die gewünschten Hübe können dabei unter Verwendung weniger Zehntel Kubikmillimeter Flüssigkeit unter Drücken weniger bar erreicht werden.The position actuator can in particular be a hydraulic pressure cell with a hydraulic fluid. Such a pressure cell allows a simple way a continuous positioning, in particular tilting of the mirror carrier. The desired strokes can be achieved using a few tenths of a cubic millimeter of liquid under pressures less bar.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Druckdose einen Stator und einen Deckel umfassen, wobei zwischen Stator und Deckel ein Innenvolumen zur Aufnahme der Hydraulikflüssigkeit ausgebildet ist. Dabei kann der Deckel mit einer bereichsweisen Materialabschwächung versehen sein; hierdurch kann bei einer Änderung des im Innenvolumen herrschenden Drucks eine definierte Verformung des Deckels erreicht werden. Die Materialabschwächungen, welche beispielsweise als ringförmige Nut ausgebildet sein können, wirken dabei in der Art von Festkörpergelenken.In a preferred embodiment of the invention, the pressure cell may comprise a stator and a lid, wherein between the stator and the lid, an internal volume for receiving the hydraulic fluid is formed. In this case, the lid may be provided with a material weakening in areas; As a result, a defined deformation of the cover can be achieved with a change in the pressure prevailing in the inner volume. The material weakenings, which may be formed, for example, as an annular groove, thereby acting in the manner of solid joints.
Wenn die Druckdose mit einem mechanischen Anschlag versehen ist, kann erreicht werden, dass eine plastische Deformation der Dose nach innen insbesondere in denjenigen Fällen, in welchen das System drucklos ist und eine Last von außen auf die Dose wirkt, vermieden wird.If the pressure box is provided with a mechanical stop, can be achieved that a plastic deformation of the can inwardly, especially in those cases in which the system is depressurized and a load from the outside acts on the can, is avoided.
Der mechanische Anschlag im Innenvolumen der Druckdose zwischen Stator und Deckel kann in der Weise ausgebildet sein, dass Deckel und Stator über zwei gegenüberliegende Kontaktflächen im Innenvolumen verfügen, welche im Fall einer von außen wirkenden Last mit einander in Kontakt kommen und damit eine weitere Deformation der Druckdose verhindern.The mechanical stop in the inner volume of the pressure cell between the stator and cover may be formed in such a way that the cover and stator have two opposite contact surfaces in the inner volume, which come in contact with each other in the case of an external load and thus a further deformation of the pressure cell prevent.
In einer weiteren vorteilhaften Variante der Erfindung weist der Positionsaktuator einen Geberkolben auf, mittels dessen in der in dem Innenvolumen befindlichen Hydraulikflüssigkeit eine Druckänderung bewirkt werden kann. Der Geberkolben kann dabei mittels Aktuatoren wie beispielsweise mittels Schrittmotoren betätigt werden. Eine selbsthemmende Ausführung des Positionsaktuators, bei welche im Stillstand keine Energie verbraucht wird, kann dadurch erreicht werden, dass der Geberkolben über einen Motor mit einer Gewindestange angetrieben wird. Auch die Verwendung einer Stellschraube zur manuellen Einstellung ist möglich.In a further advantageous variant of the invention, the position actuator has a master piston, by means of which a pressure change can be effected in the hydraulic fluid in the internal volume. The master piston can be actuated by means of actuators such as stepper motors. A self-locking design of the position actuator, in which no energy is consumed at standstill, can be achieved in that the master piston is driven by a motor with a threaded rod. The use of a set screw for manual adjustment is also possible.
Dadurch, dass der Positionsaktuator als in sich vorgespanntes System realisiert ist, kann erreicht werden, dass Hübe in positive wie auch in negative Richtung erreicht werden können und dass die Steifigkeit des Aktuators auch auf Zug erhöht wird. The fact that the position actuator is realized as a self-biased system, it can be achieved that strokes can be achieved in the positive as well as in the negative direction and that the rigidity of the actuator is also increased to train.
Hierzu kann ein elastisches Element vorhanden sein, welches sich in einer Nullstellung des Aktuators in einem von seiner Nulllage abweichenden Zustand befindet. Das elastische Element kann beispielsweise als Zugstab ausgebildet sein, welcher an seinem ersten Ende mit dem Stator und mit dem zweiten Ende mit dem Deckel mechanisch verbunden ist.For this purpose, an elastic element may be present, which is in a zero position of the actuator in a deviating from its zero state. The elastic element may be formed, for example, as a pull rod, which is mechanically connected at its first end to the stator and the second end to the lid.
Bei der Hydraulikflüssigkeit kann es sich vorteilhafterweise um Wasser handeln, dass einerseits einen sehr geringen Temperaturausdehnungskoeffizienten besitzt und andererseits eine sehr geringe Kompressibilität aufweist, was sich positiv auf die Temperatursensitivität und die Steifigkeit des Aktuators auswirkt. Prinzipiell ist auch die Verwendung von anderen Flüssigkeiten oder flüssigen Metallen wie Quecksilber oder Gallium denkbar.The hydraulic fluid may advantageously be water, on the one hand having a very low coefficient of thermal expansion and on the other hand having a very low compressibility, which has a positive effect on the temperature sensitivity and the rigidity of the actuator. In principle, the use of other liquids or liquid metals such as mercury or gallium is conceivable.
Wenn der der Aktuator mindestens einen Flüssigkeitsmengensensor, Drucksensor und/oder Temperatursensor umfasst, kann die Auslenkung des Aktuators aus den seitens der genannten Sensoren gemessenen Parametern bestimmt werden. Hierzu kann in thermisch stabilen Umgebungen auch nur ein Flüssigkeitsmengensensor oder ein Drucksensor genügen.If the actuator comprises at least one liquid quantity sensor, pressure sensor and / or temperature sensor, the deflection of the actuator can be determined from the parameters measured by the said sensors. For this purpose, in thermally stable environments, only a liquid quantity sensor or a pressure sensor can be sufficient.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele und Varianten der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigenEmbodiments and variants of the invention will be explained in more detail with reference to the drawing. Show it
Eine mittels der Lichtquelle
Die Druckdose
Weiterhin sind in der Figur ein Flüssigkeitsmengensensor
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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