DE102017206494A1

DE102017206494A1 - Arrangement for mounting an optical element in a microlithographic projection exposure apparatus

Info

Publication number: DE102017206494A1
Application number: DE102017206494.3A
Authority: DE
Inventors: Rodolfo Guglielmi Rabe
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2017-04-18
Filing date: 2017-04-18
Publication date: 2017-06-14
Also published as: DE102017220122A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Halterung eines optischen Elementes in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage mit wenigstens einem Aktor, welcher eine steuerbare Kraft auf das optische Element ausübt, wobei zwischen dem Aktor und dem optischen Element wenigstens ein elastisches Mehrschichtlager (110, 210, 310, 410, 411, 510, 610, 710, 711, 712, 810, 811, 812, 911, 912) angeordnet ist.The invention relates to an arrangement for mounting an optical element in a microlithographic projection exposure apparatus with at least one actuator which exerts a controllable force on the optical element, wherein between the actuator and the optical element at least one elastic multilayer bearing (110, 210, 310, 410, 411, 510, 610, 710, 711, 712, 810, 811, 812, 911, 912).

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG BACKGROUND OF THE INVENTION

Gebiet der Erfindung Field of the invention

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Halterung eines optischen Elementes in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage. The invention relates to an arrangement for mounting an optical element in a microlithographic projection exposure apparatus.

Stand der Technik State of the art

Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise oder LCD’s, angewendet. Der Mikrolithographieprozess wird in einer sogenannten Projektionsbelichtungsanlage durchgeführt, welche eine Beleuchtungseinrichtung und ein Projektionsobjektiv aufweist. Das Bild einer mittels der Beleuchtungseinrichtung beleuchteten Maske (= Retikel) wird hierbei mittels des Projektionsobjektivs auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes und in der Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnetes Substrat (z.B. ein Siliziumwafer) projiziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen. Microlithography is used to fabricate microstructured devices such as integrated circuits or LCDs. The microlithography process is carried out in a so-called projection exposure apparatus which has an illumination device and a projection objective. The image of a mask (= reticle) illuminated by means of the illumination device is here projected onto a substrate (eg a silicon wafer) coated with a photosensitive layer (photoresist) and arranged in the image plane of the projection objective in order to apply the mask structure to the photosensitive coating of the Transfer substrate.

In einer für EUV (d.h. für elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge unterhalb von 15 nm) ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage werden mangels Vorhandenseins lichtdurchlässiger Materialien Spiegel als optische Komponenten für den Abbildungsprozess verwendet. Diese Spiegel können z.B. auf einem Trägerrahmen befestigt und wenigstens teilweise manipulierbar ausgestaltet sein, um eine Bewegung des jeweiligen Spiegels in sechs Freiheitsgraden (d.h. hinsichtlich Verschiebungen in den drei Raumrichtungen x, y und z sowie hinsichtlich Rotationen R_x, R_y und R_z um die entsprechenden Achsen) zu ermöglichen. Hierdurch können etwa im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage auftretende Änderungen der optischen Eigenschaften z.B. infolge von thermischen Einflüssen, Fertigungstoleranzen, Drifteffekten in den Materialien der einzelnen Komponenten etc. kompensiert werden. In a projection exposure apparatus designed for EUV (ie for electromagnetic radiation with a wavelength below 15 nm), mirrors are used as optical components for the imaging process due to the lack of light-transmissive materials. These mirrors may for example be mounted on a support frame and at least partially manipulatable configured to a movement of the respective mirror in six degrees of freedom (ie with respect to shifts in the three spatial directions x, y and z and with respect to rotations R _x , R _y and R _z to the corresponding axes). As a result, changes in the optical properties occurring, for example, as a result of thermal influences, manufacturing tolerances, drift effects in the materials of the individual components, etc., can be compensated for, for example, during operation of the projection exposure apparatus.

Dabei ist es insbesondere bekannt, diverse Verbindungselemente und Gelenke in einer parallelen oder seriellen kinematischen Kette anzuordnen, um jeweils eine Bewegung eines optischen Elements in einer bestimmten Richtung zu ermöglichen bzw. zu blockieren und um in Kombination mit Aktoren eine präzise Manipulation des jeweiligen optischen Elements zu ermöglichen. Gebräuchliche Gelenke in der Kinematik sind z.B. in einem Freiheitsgrad wirksame Gelenke wie Drehgelenke oder prismatische Gleitstangen, in zwei Freiheitsgraden wirksame Gelenke wie zylindrische Drehgelenke sowie in drei Freiheitsgraden wirksame Gelenke wie Kugelgelenke. In particular, it is known to arrange diverse connecting elements and joints in a parallel or serial kinematic chain, in order to respectively enable or block a movement of an optical element in a certain direction, and in order to achieve a precise manipulation of the respective optical element in combination with actuators enable. Common joints in kinematics are e.g. joints that are effective in one degree of freedom such as hinges or prismatic sliding bars, joints that are effective in two degrees of freedom, such as cylindrical hinges, and joints that are effective in three degrees of freedom, such as ball joints.

Bei den in Lithographie-Anwendungen typischerweise benötigten geringen Stellwegen (z.B. im einstelligen Millimeterbereich) hat sich z.B. Verwendung von Festkörpergelenken in Form von Kreuzgelenken (mit zwei Kippgelenken mit orthogonaler Ausrichtung der Kippachsen zueinander) bewährt. Insbesondere kann, wie in 10 schematisch angedeutet, ein stabförmiges Bauteil 1000 bzw. Pin in seinen jeweiligen Endabschnitten zwei solcher Kreuzgelenke 1001, 1002 aufweisen, um u.a. zu erreichen, dass der Pin eine vergleichsweise hohe Steifigkeit in axialer Richtung zur Übertragung einer Kraft bzw. Bewegung aufweist, wohingegen in allen anderen Richtungen nur eine geringe Steifigkeit bzw. eine Entkopplung vorliegt. For example, the use of solid joints in the form of universal joints (with two tilting joints with orthogonal alignment of the tilting axes relative to one another) has proven successful in the case of the typically small adjustment ranges typically required in lithographic applications (eg in the single-digit millimeter range). In particular, as in 10 schematically indicated, a rod-shaped component 1000 or Pin in its respective end sections of two such universal joints 1001 . 1002 have, inter alia, to achieve that the pin has a comparatively high rigidity in the axial direction for transmitting a force or movement, whereas in all other directions there is only a slight stiffness or a decoupling.

Allerdings können in der Praxis je nach konkreter Anwendung Probleme daraus resultieren, dass durch die vorstehend beschriebenen Festkörpergelenke keine vollständige Entkopplung zwischen axialer Steifigkeit (entlang der Antriebsrichtung des Aktors) und Biegesteifigkeit (d.h. Steifigkeit hinsichtlich der Rotationen R_x und R_y um die zur axialen Richtung senkrechte x- bzw. y-Achse) erzielt wird. In der Praxis stellt es daher eine anspruchsvolle Herausforderung dar, ein optisches Element wie z.B. einen Spiegel von hohem Gewicht unter Aufrechterhaltung einer möglichst hohen Steifigkeit in axialer Richtung bei zugleich relativ geringer lateraler Steifigkeit bzw. Biegesteifigkeit zu aktuieren. Dieses Problem wird umso gravierender, wenn die Aktuierung bzw. Bewegung des optischen Elements über einen vergleichsweise großen Bewegungsbereich von mehreren Millimetern (mm) realisiert werden soll. However, in practice, depending on the specific application, problems may result from the fact that the solid joints described above do not completely decouple axial rigidity (along the drive direction of the actuator) and flexural stiffness (ie stiffness with respect to rotations R _x and R _y about the axial direction vertical x or y axis) is achieved. In practice, therefore, it is a demanding challenge to actuate an optical element such as a mirror of high weight while maintaining the highest possible stiffness in the axial direction at the same time relatively low lateral stiffness or bending stiffness. This problem becomes all the more serious if the actuation or movement of the optical element is to be realized over a comparatively large range of motion of several millimeters (mm).

Zum Stand der Technik wird lediglich beispielhaft auf WO 2005/026801 A2 , DE 10 2011 004 299 A1 , US 8,911,153 B2 , US 8,511 997 B2 und US 8,275,585 B2 sowie die Publikation E.I. Rivin: „Properties and prospective applications of ultra thin layered rubber-metal laminates for limited travel bearings“, Tribology International, Februar 1983, Seiten 17–25 , verwiesen. The prior art is merely an example WO 2005/026801 A2 . DE 10 2011 004 299 A1 . US 8,911,153 B2 . US 8,511,997 B2 and US 8,275,585 B2 as well as the Publication EI Rivin: "Properties and prospective applications of ultra-thin layered rubber-metal laminates for limited travel bearings", Tribology International, February 1983, pages 17-25 , referenced.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG SUMMARY OF THE INVENTION

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung zur Halterung eines optischen Elementes in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage bereitzustellen, welche bei flexibler Einsetzbarkeit in unterschiedlichen Konfigurationen eine verbesserte Entkopplung der in voneinander verschiedenen Freiheitsgraden auftretenden Steifigkeiten ermöglicht. It is an object of the present invention to provide an arrangement for mounting an optical element in a microlithographic projection exposure apparatus which, with flexible applicability in different configurations, enables improved decoupling of the stiffnesses occurring in different degrees of freedom.

Eine erfindungsgemäße Anordnung zur Halterung eines optischen Elementes in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage weist wenigstens einen Aktor auf, welcher eine steuerbare Kraft auf das optische Element ausübt, wobei zwischen dem Aktor und dem optischen Element wenigstens ein elastisches Mehrschichtlager angeordnet ist. An inventive arrangement for mounting an optical element in a microlithographic projection exposure apparatus has at least one actuator which exerts a controllable force on the optical element, wherein at least one elastic multilayer bearing is arranged between the actuator and the optical element.

Durch die erfindungsgemäße Verwendung eines elastischen Mehrschichtlagers zwischen dem Aktor und dem optischen Element kann insbesondere – etwa im Vergleich zu den eingangs beschriebenen Festkörpergelenken (z.B. im Aufbau eines mit Kreuzgelenken versehenen Pins) eine verbesserte Entkopplung zwischen axialer Steifigkeit entlang der Antriebsrichtung des Aktors und Biegesteifigkeit (d.h. Steifigkeit hinsichtlich der Rotationen R_x und R_y um die zur axialen Richtung senkrechte x- bzw. y-Achse) erzielt werden. Diese Entkopplung hat wiederum eine geringere Sensitivität gegenüber in axialer Richtung wirkenden Lasten zur Folge, so dass etwa eine Erhöhung der in axialer Richtung wirkenden Last ohne oder mit nur geringer mechanischer Spannung hinsichtlich der Rotationen R_x und R_y um die zur axialen Richtung senkrechte x- bzw. y-Achse möglich ist. The inventive use of an elastic multi-layer bearing between the actuator and the optical element can in particular - compared to the solid state hinges described above (eg in the construction of a provided with universal joints pins) improved decoupling between axial stiffness along the drive direction of the actuator and bending stiffness (ie Rx and R _y stiffness with respect to the _x -axis and y-axis perpendicular to the axial direction) can be achieved. This decoupling in turn results in a lower sensitivity to loads acting in the axial direction, so that, for example, an increase in the load acting in the axial direction with or without only slight mechanical tension with respect to the rotations R _x and R _y about the perpendicular to the axial direction x-. or y-axis is possible.

Zugleich kann ein größerer Bewegungsbereich hinsichtlich der Rotationen R_x und R_y realisiert werden. At the same time, a larger range of motion with respect to the rotations R _x and R _y can be realized.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung ist, dass bereits durch das elastische Mehrschichtlager selbst eine Dämpfungswirkung erzielt werden kann, ohne dass hierzu der Einbau separater Dämpfungselemente und somit zusätzlicher Bauraum und konstruktiver Aufwand erforderlich ist. Eine solche Dämpfungswirkung kann z.B. wünschenswert sein, um Querresonanzen zu dämpfen bzw. um in regelungstechnischer Hinsicht über die Dämpfung zu verhindern, dass eine mit Querresonanzen einhergehende Resonanzüberhöhung in der Übertragungsfunktion zum Ausdruck kommt. Another advantage of the arrangement according to the invention is that even by the elastic multilayer bearing itself a damping effect can be achieved without the need for the installation of separate damping elements and thus additional space and design complexity is required. Such a damping effect can e.g. be desirable to attenuate transverse resonances and to prevent in terms of control technology on the attenuation that a resonant peak associated with transverse resonances in the transfer function is expressed.

Des Weiteren bietet das erfindungsgemäße elastische Mehrschichtlager wie im Weiteren noch ausgeführt die Möglichkeit zur Unterbringung von Kühlkanälen, ohne dass hierzu eigens zusätzlicher Bauraum benötigt wird. Furthermore, the elastic multi-layer bearing according to the invention, as further explained below, offers the possibility of accommodating cooling channels, without the need for specifically additional space for this purpose.

Mit der Einbringung solcher Kühlkanäle kann dem Umstand Rechnung getragen werden, dass in dem erfindungsgemäßen Mehrschichtlager einsetzbare geeignete elastische Materialien bzw. Elastomere etwa im Vergleich zu Metallen eine geringe Wärmeleitfähigkeit und einen hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzen. Durch die Einbringung von Kühlkanälen können trotz dieser Materialeigenschaften eine zu starke Aufheizung des jeweiligen optischen Elements, eine durch die Wärmeausdehnung des elastischen Materials bewirkte Positionsveränderung des optischen Elements sowie eine Materialdegradation und gegebenenfalls damit einhergehende Kontaminationsprobleme verhindert werden. With the introduction of such cooling channels can be taken into account the fact that in the multi-layer bearing usable according to the invention suitable elastic materials or elastomers, for example, in comparison to metals have a low thermal conductivity and a high thermal expansion coefficient. By introducing cooling channels, despite these material properties, excessive heating of the respective optical element, a change in the position of the optical element caused by the thermal expansion of the elastic material and a material degradation and any associated contamination problems can be prevented.

Insgesamt werden durch die Erfindung die vorstehend genannten Funktionalitäten in einem besonders kompakten Aufbau realisiert, welcher z.T. mit einem „monolithischen“ Design vergleichbar ist. Die Erfindung kann damit auch in unterschiedlichen Konfigurationen durch Ersatz der jeweiligen herkömmlichen Festkörpergelenke zum Einsatz kommen. Overall, the above-mentioned functionalities are realized in a particularly compact design by the invention, which z.T. comparable to a "monolithic" design. The invention can thus be used in different configurations by replacing the respective conventional solid-state joints.

Dabei besteht ein weiterer Vorteil der in dem erfindungsgemäßen Aufbau vorhandenen Kühlkanäle darin, dass – im Gegensatz zu herkömmlichen Festkörpergelenken mit einer über das jeweilige metallische Material stattfindenden Wärmeleitung – eine Entkopplung zwischen der in dem erfindungsgemäßen Aufbau über die Kühlkanäle bereitgestellten Kühlrate und den in den jeweiligen Freiheitsgraden auftretenden Steifigkeiten gegeben ist. A further advantage of the cooling channels present in the structure according to the invention is that, in contrast to conventional solid-state joints with a heat conduction taking place via the respective metallic material, a decoupling between the cooling rate provided in the construction according to the invention via the cooling channels and in the respective degrees of freedom occurring stiffness is given.

In Ausführungsformen der Erfindung kann insbesondere ein Kugelgelenk realisiert werden, welches eine geringe Drehsteifigkeit (hinsichtlich der Rotationen R_x und R_y um die zur axialen Richtung senkrechte x- bzw. y-Achse) bei zugleich hoher axialer und lateraler Steifigkeit aufweist. In embodiments of the invention, in particular a ball joint can be realized, which has a low torsional stiffness (with respect to the rotations R _x and R _y about the x-axis and y-axis perpendicular to the axial direction) with simultaneously high axial and lateral rigidity.

Dabei wird gemäß der Erfindung bewusst eine – etwa im Vergleich zu herkömmlicherweise verwendeten Festkörpergelenken – erhöhte, über das erfindungsgemäße elastische Mehrschichtlager zu übertragende Aktuatorkraft in Kauf genommen. Hierbei macht sich die Erfindung aber den Umstand zunutze, dass dieser Nachteil sowie weitere, mit der Realisierung eines elastischen Mehrschichtlagers zunächst verbundene Nachteile durch geeignete Wahl der Designparameter (insbesondere hinsichtlich Geometrie sowie Materialwahl) minimiert werden kann. In this case, according to the invention, one deliberately accepts an increased actuator force to be transmitted via the elastic multilayer bearing according to the invention, for example compared to conventionally used solid-body joints. In this case, however, the invention makes use of the fact that this disadvantage as well as further disadvantages initially associated with the realization of an elastic multilayer bearing can be minimized by a suitable choice of the design parameters (in particular with regard to geometry and choice of material).

Bei dem erfindungsgemäßen Mehrschichtlager handelt es sich um eine alternierende Aufeinanderfolge von vergleichsweise starren, unelastischen bzw. unnachgiebigen Schichten und vergleichsweise nachgiebigen, elastischen Schichten, wobei die letzteren eine Relativbewegung zwischen den jeweils angrenzenden starren Schichten ermöglichen. In Ausführungsformen handelt es sich bei dem Material der nachgiebigen Schichten um Kautschuk (Gummi). Dieses Material weist einerseits ein vergleichsweise hohes Kompressionsmodul auf und kann als quasi inkompressibel angesehen werden, besitzt andererseits aber zugleich ein vergleichsweise niedriges Schermodul, wobei die sich hieraus ergebende Anisotropie bereits materialbedingt z.B. eine Größenordnung betragen und je nach Art und Weise der Deformation noch höher sein kann. Dabei ist zu beachten, dass die mechanischen Eigenschaften des elastischen (z.B. Gummi-)Materials signifikant von Amplitude und Frequenz der Deformation abhängig sind mit der Folge, dass die Steifigkeit davon abhängig ist, „wie schnell“ die jeweilige Komponente deformiert wird bzw. ob die Materialeigenschaften im quasistatischen oder im dynamischen Betrieb betrachtet werden. The multilayer bearing according to the invention is an alternating succession of comparatively rigid, inelastic or unyielding layers and comparatively resilient elastic layers, the latter permitting a relative movement between the respective adjacent rigid layers. In embodiments, the material of the compliant layers is rubber. On the one hand, this material has a comparatively high compression modulus and can be regarded as virtually incompressible, but on the other hand also has a comparatively low shear modulus, the resulting anisotropy already being, for example, an order of magnitude and depending on the nature of the deformation may be even higher , It should be noted that the mechanical properties of the elastic (eg rubber) material are significantly dependent on the amplitude and frequency of the deformation with the result that the stiffness depends on it is "how fast" the respective component is deformed or whether the material properties are considered in quasi-static or in dynamic operation.

Erfindungsgemäß kann die vorstehend beschriebene Anisotropie dahingehend ausgenutzt werden, dass die axiale Steifigkeit ohne Änderung der Steifigkeit in lateraler Richtung erhöht werden kann. Unter „Steifigkeit in lateraler Richtung“ ist das Verhältnis von Querkraft zu Querauslenkung am Ort des Aktors zu verstehen, wobei die „Querkraft“ die Kraftkomponente senkrecht zur Antriebsachse (z.B. des Pins) bezeichnet. Die Erfindung ist somit insbesondere vorteilhaft in Szenarien mit Anbindung eines optischen Elementes an einen Aktor über einen Pin anwendbar, welcher eine hohe Steifigkeit nur in axialer Richtung zur Übertragung einer Kraft bzw. Bewegung entlang der Antriebsrichtung eines Aktors aufweist, wohingegen in allen anderen Richtungen nur eine geringe Steifigkeit vorliegt. According to the invention, the above-described anisotropy can be exploited such that the axial rigidity can be increased without changing the rigidity in the lateral direction. By "stiffness in lateral direction" is meant the ratio of lateral force to lateral displacement at the location of the actuator, where "lateral force" refers to the force component perpendicular to the drive axis (e.g., the pin). The invention is thus particularly advantageous in scenarios with connection of an optical element to an actuator via a pin applicable, which has a high rigidity only in the axial direction for transmitting a force or movement along the drive direction of an actuator, whereas in all other directions only one low stiffness is present.

In dem erfindungsgemäßen Mehrschichtlager kann insbesondere über die Anzahl aufeinanderfolgender Schichten das Verhältnis zwischen der axialen Steifigkeit und der Schersteifigkeit verändert werden. Dabei kann über die Hinzufügung von starren Schichten der für eine Deformation des elastischen Materials bzw. Gummis zur Verfügung stehende Raum reduziert werden. Die Unterteilung in eine Anzahl N Schichten führt nicht zu einer Änderung der Schersteifigkeit (so dass z.B. ein zylindrischer Körper aus Gummi mit gegebener Höhe und gegebenem Durchmesser dieselbe laterale Steifigkeit besitzt wie dasselbe, in N Schichten unterteilte Volumen), wobei jedoch die axiale Steifigkeit infolge der Unterteilung in N Schichten um den Faktor N größer ist als die axiale Steifigkeit für das ursprüngliche, nicht unterteilte Volumen. In the multi-layer bearing according to the invention, the ratio between the axial rigidity and the shear stiffness can be changed in particular via the number of successive layers. In this case, the space available for deformation of the elastic material or rubber can be reduced by the addition of rigid layers. The division into a number of N layers does not result in a change in shear stiffness (such that, for example, a cylindrical body of rubber of given height and diameter has the same lateral stiffness as the same volume divided into N layers), but the axial rigidity due to Subdivision into N layers by a factor of N is greater than the axial stiffness for the original, undivided volume.

In einem alternierenden Schichtaufbau aus einer Anzahl N von elastischen (Elastomer-)Schichten und jeweils angrenzenden starren Schichten können die Scher- bzw. Kompressionssteifigkeit wie folgt definiert werden: K_S = A·G / t (1) und

In an alternating layer structure of a number N of elastic (elastomer) layers and respective adjacent rigid layers, the shear or compression stiffness can be defined as follows:

K _S = A · G / t (1)

and

Hierbei bezeichnet A die Lastfläche, G den Schermodul, E_c den effektiven Kompressionsmodul und t die Dicke der einzelnen Schichten aus elastischem Material (d.h. die Werte sind in einem Mehrschichtlager aus N Schichten für die jeweiligen einzelnen Schichten angegeben. Here, A denotes the load area, G the shear modulus, E _c the effective compression modulus and t the thickness of the individual layers of elastic material (ie the values are given in a multi-layered N-layer storage for the respective individual layers.

Das effektive Kompressionsmodul ist eine Funktion der Elastomereigenschaften und der Geometrie des Mehrschichtlagers: E_C = E₀·(1 + 2·ϕ·S²) (3) The effective compression modulus is a function of the elastomeric properties and geometry of the multilayer bearing: E _C = E ₀ × (1 + 2 × φ × S ² ) (3)

Hierbei bezeichnen E₀ bzw. ϕ das jeweilige E-Modul bzw. den Kompressionsfaktor, und S bezeichnet den Formfaktor, der wie folgt definiert ist:

Here, E ₀ and φ respectively denote the respective modulus of elasticity and the compression factor, and S denotes the form factor which is defined as follows:

Dabei ist unter der freien Seitenfläche die frei deformierbare, nicht von den oberhalb bzw. unterhalb angrenzenden starren Schichten begrenzte Seitenfläche des Elastomers zu verstehen. Beispielsweise gilt bei rechteckiger Geometrie

Here, the free side surface is to be understood as the freely deformable side surface of the elastomer which is not limited by the above or below the adjacent rigid layers. For example, with rectangular geometry

Hierbei bezeichnet t die Dicke der einzelnen elastischen (Elastomer-)Schichten. Im Vergleich zu einem Aufbau mit nur einer Einzelschicht aus elastischem Material ist der Formfaktor S für das Mehrschichtlager N-mal größer, wobei der Wert des effektiven Kompressionsmoduls E_c quadratisch mit dem Wert des Formfaktors (d.h. proportional mit S²) ansteigt. Here t denotes the thickness of the individual elastic (elastomer) layers. Compared to a structure with only a single layer of elastic material, the shape factor S for the multi-layer bearing is N times larger, with the value of the effective compression modulus E _c increasing quadratically with the value of the shape factor (ie, proportional to S ² ).

Eine Unterteilung der Gesamtdicke des Elastomermaterials in eine Mehrzahl einzelner Schichten entspricht einer seriellen Hintereinanderschaltung bzw. Stapelung vergleichsweise dünnerer Einzelschichten. Dies ist in einem mechanischen System äquivalent zur einer seriellen Hintereinanderschaltung von steiferen Federn, wobei die einzelne Federsteifigkeit rascher ansteigt im Vergleich zur linearen Abnahme aufgrund der seriellen Hintereinanderschaltung. Die Schersteifigkeit bleibt hingegen unverändert, da die (Gesamt-)Dicke des elastischen Materials für den in eine Mehrzahl einzelner Schichten unterteilten Aufbau unverändert bleibt. A subdivision of the total thickness of the elastomeric material into a plurality of individual layers corresponds to a serial connection or stacking of comparatively thinner individual layers. This is equivalent in a mechanical system to a series connection of stiffer springs, wherein the individual spring stiffness increases faster compared to the linear decrease due to the series connection. On the other hand, the shear stiffness remains unchanged since the (total) thickness of the elastic material remains unchanged for the structure divided into a plurality of individual layers.

Gemäß einer Ausführungsform weist das Mehrschichtlager ein Material auf, welches Kautschuke, z.B. Fluorkautschuke (FKM), fluorierte Elastomere oder Perfluorkautschuke (FFKM) enthält. Die vorstehenden Materialien sind beispielsweise zum Einsatz in der vorliegend insbesondere avisierten Anwendung der Mikrolithographie geeignet. In weiteren Ausführungsformen können auch andere Kautschukmaterialien (in anderen Anwendungen u.U. beispielsweise auch fluorierter Silikonkautschuk oder Tetrafluorethylen / Propylen-Kautschuk (FEPM)) zur Anwendung kommen. Grundsätzlich können in dem erfindungsgemäßen Mehrschichtlager u.U. auch Materialien zum Einsatz kommen, welche typischerweise nicht als EUV-kompatibel angesehen werden. Hierbei macht sich die Erfindung den Umstand zunutze, dass je nach dem konkreten Design des erfindungsgemäßen Mehrschichtlagers nur ein vergleichsweise geringer Anteil des elastischen Materials freiliegt bzw. der Umgebung ausgesetzt ist. According to one embodiment, the multilayer bearing comprises a material which contains rubbers, for example fluororubbers (FKM), fluorinated elastomers or perfluororubbers (FFKM). The above materials are suitable, for example, for use in the application of microlithography, which is particularly envisaged in the present case. In other embodiments, other rubber materials (in other applications, for example, for example, fluorinated silicone rubber or tetrafluoroethylene / propylene rubber (FEPM)) may also be used. In principle, materials may also be used in the multilayer bearing according to the invention, which may be used typically not considered to be EUV compatible. Here, the invention makes use of the fact that, depending on the specific design of the multilayer bearing according to the invention, only a comparatively small proportion of the elastic material is exposed or exposed to the environment.

Die Erfindung betrifft ferner eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage mit einer erfindungsgemäßen Anordnung. The invention further relates to a microlithographic projection exposure apparatus with an arrangement according to the invention.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen. Further embodiments of the invention are described in the description and the dependent claims.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. The invention will be explained in more detail with reference to embodiments shown in the accompanying drawings.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Es zeigen Show it

1–9 schematische Darstellungen zur Erläuterung möglicher Ausführungsformen der Erfindung; 1 - 9 schematic representations for explaining possible embodiments of the invention;

10 eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Verbindungselements zur Übertragung axialer Lasten bzw. Ermöglichung einer Relativbewegung zwischen zwei Komponenten zur Erläuterung einer möglichen Anwendung der Erfindung; und 10 a schematic representation of a conventional connecting element for transmitting axial loads or enabling a relative movement between two components to explain a possible application of the invention; and

11 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des möglichen Aufbaus einer für den Betrieb im EUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage. 11 a schematic representation for explaining the possible structure of a designed for operation in EUV microlithographic projection exposure apparatus.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN DETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS

1 zeigt zunächst eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer ersten Ausführungsform der Erfindung. 1 shows first a schematic representation for explaining a first embodiment of the invention.

Das in 1 gezeigte Ausführungsbeispiel zeigt eine Anwendung der Erfindung in einer Baugruppe zur Aktuierung einer Spiegelfacette, die z.B. Bestandteil eines Feldfacettenspiegels oder Pupillenfacettenspiegels in einer Beleuchtungseinrichtung einer für den Betrieb im EUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage sein kann. Derartige Facettenspiegel sind aus einer Vielzahl von Einzelspiegeln oder Spiegelfacetten aufgebaut, welche jeweils zum Zwecke der Justage oder auch zur Realisierung bestimmter Beleuchtungswinkelverteilungen herkömmlicherweise über Festkörpergelenke und Aktoren kippbar ausgelegt sind. This in 1 1 shows an application of the invention in an assembly for actuating a mirror facet, which may be part of a field facet mirror or pupil facet mirror, for example, in a lighting device of a microlithographic projection exposure apparatus designed for operation in the EUV. Such facet mirrors are constructed from a multiplicity of individual mirrors or mirror facets, which are designed to be tiltable in each case for the purpose of adjustment or also for the realization of specific illumination angle distributions, conventionally via solid-state joints and actuators.

Gemäß 1a–b weist die dargestellte Anordnung anstelle eines herkömmlichen Festkörpergelenks ein elastisches Mehrschichtlager 110 auf, welches – wie in der vergrößerten Detailansicht von 1b angedeutet – aus einer alternierenden Aufeinanderfolge aus ersten Schichten 110a aus einem unelastischen ersten Material und zweiten Schichten 110b aus einem elastischen zweiten Material (z.B. einem Polymer, insbesondere Kautschuk) aufgebaut ist. According to 1a -B, the arrangement shown instead of a conventional solid-body joint, an elastic multilayer bearing 110 on which - as in the enlarged detail view of 1b indicated - from an alternating succession of first layers 110a from an inelastic first material and second layers 110b made of an elastic second material (eg a polymer, in particular rubber).

Durch geeignete Wahl der Anzahl N von ersten Schichten 110a bzw. zweiten Schichten 110b sowie der geometrischen Form des Mehrschichtlagers 110 können die in unterschiedlichen Freiheitsgraden bestehenden Steifigkeiten, insbesondere die in axialer Richtung (z-Richtung im dargestellten Koordinatensystem) vorhandene Steifigkeit relativ zur Dreh- bzw. Biegesteifigkeit entsprechend den Freiheitsgraden R_x, R_y bzw. R_z nach Wunsch eingestellt werden. Bei der vorstehend beschriebenen Einstellung des Verhältnisses zwischen axialer Steifigkeit einerseits und Dreh- bzw. Biegesteifigkeit andererseits kann der Umstand ausgenutzt werden, dass bei dem erfindungsgemäß eingesetzten Mehrschichtlager 110 – wie bereits vorstehend beschrieben – eine besonders gute Entkopplung dieser Steifigkeiten vorliegt, wobei insbesondere durch Erhöhung der Anzahl N der in der alternierenden Anordnung vorhandenen Schichten bei gleichem Gesamtvolumen an elastischem (zweitem) Material die axiale Steifigkeit ohne gleichzeitige Beeinflussung der Dreh- bzw. Biegesteifigkeit erhöht werden kann. By a suitable choice of the number N of first layers 110a or second layers 110b as well as the geometric shape of the multi-layer bearing 110 For example, the stiffnesses existing in different degrees of freedom, in particular the rigidity present in the axial direction (z-direction in the illustrated coordinate system), can be set as desired relative to the rotational or bending stiffness according to the degrees of freedom R _x, R _y and R _z . In the above-described adjustment of the ratio between axial stiffness on the one hand and torsional or bending stiffness on the other hand, the fact that in the multilayer bearing used according to the invention can be utilized 110 - As already described above - a particularly good decoupling of these stiffness is present, in particular by increasing the number N of existing layers in the alternating arrangement with the same total volume of elastic (second) material increases the axial stiffness without affecting the rotational or bending stiffness can be.

In beispielhaften Ausführungsformen kann etwa das Verhältnis der Steifigkeit der mechanischen Kopplung in axialer Richtung (bezogen auf die Antriebsachse des Aktors) relativ zur Drehsteifigkeit um diese Antriebsachse möglichst hoch gewählt werden und lediglich beispielhaft wenigstens 100, insbesondere wenigstens 1.000, betragen. In exemplary embodiments, for example, the ratio of the stiffness of the mechanical coupling in the axial direction (relative to the drive axis of the actuator) relative to the rotational stiffness about this drive axis can be selected as high as possible and only by way of example at least 100 , in particular at least 1,000.

Wie ebenfalls in 1a schematisch dargestellt ist, weist die Anordnung ferner Kühlkanäle 120 auf, über welche eine zu starke Aufheizung des zu aktuierenden optischen Elements bzw. der Spiegelfacette 105 sowie auch eine durch die Wärmeausdehnung insbesondere des elastischen Materials im Mehrschichtlager 110 bewirkte Positionsveränderung verhindert werden kann. Ferner werden durch ausreichende Kühlung auch Degradationen vorhandener Bondkontakte sowie hiermit einhergehende Kontaminationsprobleme vermieden. Like also in 1a is shown schematically, the arrangement further comprises cooling channels 120 on, over which an excessive heating of the optical element to be actuated or the mirror facet 105 as well as by the thermal expansion in particular of the elastic material in the multi-layer bearing 110 caused positional change can be prevented. Furthermore, due to sufficient cooling, degradation of existing bond contacts as well as associated problems of contamination are avoided.

Des Weiteren wird in dem elastischen Mehrschichtlager 110 aufgrund der aus elastischem Material hergestellten (zweiten) Schichten 110b bereits eine Dämpfungswirkung erzielt, ohne dass hierzu der Einbau separater Dämpfungselemente und somit zusätzlicher Bauraum und konstruktiver Aufwand erforderlich ist. Furthermore, in the elastic multilayer bearing 110 due to the (second) layers made of elastic material 110b already achieved a damping effect, without the need for the installation of separate damping elements and thus additional space and design effort is required.

Insgesamt weist die in 1a gezeigte Anordnung einen besonders kompakten Aufbau auf, wobei die vorstehend beschriebenen Funktionalitäten – d.h. die Bereitstellung der gewünschten Steifigkeiten in unterschiedlichen Freiheitsgraden, die erzielte Kühlfunktionalität sowie die Dämpfungswirkung – in einem „monolithischen“ Design ohne aufwändigen Zusammenbau erreicht werden können. Overall, the in 1a arrangement shown a particularly compact structure, wherein the above-described functionalities - ie the provision of the desired stiffnesses in different degrees of freedom, the achieved cooling functionality and the damping effect - can be achieved in a "monolithic" design without complex assembly.

Wie in den schematischen Darstellungen von 2 und 3, und 4a–b angedeutet kann ferner auch die geometrische Form des Mehrschichtlagers (in 2–3 mit „210“ bzw. „310“ und in 4a–b – mit „410“ bzw. „411) bezeichnet) als weiterer Parameter variiert werden, um eine Änderung der in den unterschiedlichen Freiheitsgraden bestehenden Steifigkeiten und insbesondere eine Reduzierung der Dreh- bzw. Biegesteifigkeit in den Freiheitsgraden R_x und R_y zu erzielen. As in the schematic representations of 2 and 3 , and 4a Furthermore, the geometrical shape of the multilayer bearing (in 2 - 3 With " 210 " respectively. " 310 " and in 4a -B - with " 410 " respectively. " 411 ) can be varied as a further parameter in order to achieve a change in the stiffnesses existing in the different degrees of freedom and, in particular, a reduction in the rotational stiffness or flexural rigidity in the degrees of freedom R _x and R _y .

5 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer möglichen Realisierung eines Kugelgelenks mit einem erfindungsgemäßen Mehrschichtlager 510, wobei ferner analog zu 1 Kühlkanäle 520 vorgesehen sind. 5 shows a schematic representation for explaining a possible realization of a ball joint with a multi-layer bearing according to the invention 510 , further analogous to 1 cooling channels 520 are provided.

In einer weiteren Anwendung kann wie in 6a–b angedeutet in den beiden Endabschnitten eines stabförmigen Bauteils bzw. Pins 600 jeweils ein erfindungsgemäßes elastisches Mehrschichtlager 610 eingesetzt werden, wodurch die entsprechenden Festkörpergelenke in der herkömmlichen Anordnung von 10 ersetzt werden können. In another application, as in 6a -B indicated in the two end portions of a rod-shaped component or pins 600 in each case an inventive elastic multilayer bearing 610 be used, whereby the corresponding solid state joints in the conventional arrangement of 10 can be replaced.

7a–c zeigen schematische Darstellungen zur Erläuterung möglicher Realisierungen eines Kugelgelenks auf Basis des erfindungsgemäßen Mehrschichtlagers (in 7a–c mit „711“, „712“ bzw. „713“ bezeichnet), bei denen jeweils eine möglichst geringe Dreh- bzw. Biegesteifigkeit in den Freiheitsgraden R_x und R_ybei zugleich hoher axialer und lateraler Steifigkeit erzielt wird. 7a -C show schematic representations to explain possible realizations of a ball joint based on the multi-layer bearing according to the invention (in 7a -C with " 711 "," 712 " respectively. " 713 "Referred to), in each of which the lowest possible rotational or bending stiffness in the degrees of freedom R _x and R _{y is achieved} at the same time high axial and lateral rigidity.

8a–c zeigen schematische Darstellungen zur Erläuterung möglicher Realisierungen einer reduzierten Beweglichkeit durch Modifikation der Form des Mehrschichtlagers (in 8a–c mit „811“, „812“ bzw. „813“ bezeichnet), wobei insbesondere ein Beispiel mit gesperrtem R_Z-Freiheitsgrad (d.h. blockierter Drehung um die z-Achse) dargestellt ist. 8a -C show schematic illustrations for explaining possible realizations of reduced mobility by modifying the shape of the multi-layer bearing (in 8a -C with " 811 "," 812 " respectively. " 813 "Hereinafter), in particular, an example with locked R _Z -Freiheitsgrad (ie blocked rotation is shown about the z-axis).

9a–b zeigen schematische Darstellungen zur Erläuterung einer möglichen Segmentierung des Mehrschichtlagers (in 9a–b mit „911“ bzw. „912“ bezeichnet) mit der Folge, dass eine axiale Last direkt auf den zentralen Gelenkpunkt gerichtet wird. 9a -B show schematic representations for explaining a possible segmentation of the multi-layer bearing (in 9a -B with " 911 " respectively. " 912 "With the result that an axial load is directed directly to the central pivot point.

11 zeigt eine lediglich schematische Darstellung einer für den Betrieb im EUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage 10, in welcher die vorliegende Erfindung beispielhaft realisierbar ist. Die Erfindung ist jedoch nicht auf den Einsatz im EUV beschränkt, sondern in weiteren Anwendungen auch z.B. in einer für den Betrieb im DUV (z.B. bei einer Arbeitswellenlänge von ca. 193nm oder von ca. 157nm) ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage vorteilhaft realsierbar. 11 shows a merely schematic representation of a designed for operation in EUV microlithographic projection exposure apparatus 10 in which the present invention can be realized by way of example. However, the invention is not limited to use in the EUV, but in other applications, for example, in a for the operation in the DUV (eg at a working wavelength of about 193nm or from about 157nm) designed microlithographic projection exposure system advantageously realized.

Gemäß 11 weist eine Beleuchtungseinrichtung der Projektionsbelichtungsanlage 10 einen Feldfacettenspiegel 13 und einen Pupillenfacettenspiegel 14 auf. Auf den Feldfacettenspiegel 13 wird das Licht einer Lichtquelleneinheit, welche eine Plasmalichtquelle 11 und einen Kollektorspiegel 12 umfasst, gelenkt. Im Lichtweg nach dem Pupillenfacettenspiegel 14 sind ein erster Teleskopspiegel 15 und ein zweiter Teleskopspiegel 16 angeordnet. Im Lichtweg nachfolgend ist ein unter streifendem Einfall betriebener Umlenkspiegel 17 angeordnet, der die auf ihn treffende Strahlung auf ein Objektfeld in der Objektebene eines in 7 lediglich angedeuteten Projektionsobjektivs mit Spiegeln 31–36 lenkt. Am Ort des Objektfeldes ist eine reflektive strukturtragende Maske 31 auf einem Maskentisch 30 angeordnet, die mit Hilfe eines Projektionsobjektivs in eine Bildebene abgebildet wird, in welcher sich ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes Substrat 41 auf einem Wafertisch 40 befindet. According to 11 has a lighting device of the projection exposure system 10 a field facet mirror 13 and a pupil facet mirror 14 on. On the field facet mirror 13 becomes the light of a light source unit, which is a plasma light source 11 and a collector mirror 12 includes, steered. In the light path after the pupil facet mirror 14 are a first telescope mirror 15 and a second telescope mirror 16 arranged. In the light path below is a driven under grazing incidence deflecting mirror 17 arranged, which is the radiation impinging on an object field in the object plane of an in 7 merely indicated projection lens with mirrors 31 - 36 directs. At the location of the object field is a reflective structure-bearing mask 31 on a mask table 30 which is imaged by means of a projection lens into an image plane in which a substrate coated with a photosensitive layer (photoresist) 41 on a wafer table 40 located.

Die erfindungsgemäße Anordnung kann zur Halterung bzw. Aktuierung eines beliebigen Spiegels in der mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage 10 von 11 (einschließlich der im Feldfacettenspiegel 13 oder Pupillenfacettenspiegel 14 vorhandenen Spiegelfacetten) eingesetzt werden. The arrangement according to the invention can be used to hold or actuate any desired mirror in the microlithographic projection exposure apparatus 10 from 11 (including in the field facet mirror 13 or pupil facet mirror 14 existing mirror facets) can be used.

Wenn die Erfindung auch anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben wurde, erschließen sich für den Fachmann zahlreiche Variationen und alternative Ausführungsformen, z.B. durch Kombination und/oder Austausch von Merkmalen einzelner Ausführungsformen. Dementsprechend versteht es sich für den Fachmann, dass derartige Variationen und alternative Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung mit umfasst sind, und die Reichweite der Erfindung nur im Sinne der beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalente beschränkt ist. While the invention has been described in terms of specific embodiments, numerous variations and alternative embodiments, e.g. by combination and / or exchange of features of individual embodiments. Accordingly, it will be understood by those skilled in the art that such variations and alternative embodiments are intended to be embraced by the present invention, and the scope of the invention is limited only in terms of the appended claims and their equivalents.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2005/026801 A2 [0007]
DE 102011004299 A1 [0007]
US 8911153 B2 [0007]
US 8511997 B2 [0007]
US 8275585 B2 [0007]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

Publication EI Rivin: "Properties and prospective applications of ultra-thin layered rubber-metal laminates for limited travel bearings", Tribology International, February 1983, pages 17-25. [0007]

Claims

Arrangement for mounting an optical element in a microlithographic projection exposure apparatus, comprising: at least one actuator which exerts a controllable force on the optical element; Wherein between the actuator and the optical element at least one elastic multilayer bearing ( 110 . 210 . 310 . 410 . 411 . 510 . 610 . 710 . 711 . 712 . 810 . 811 . 812 . 911 . 912 ) is arranged.

Arrangement according to claim 1, characterized in that the multilayer bearing an alternating succession of first layers ( 110a ) of an inelastic first material and second layers ( 110b ) made of an elastic second material.

Arrangement according to claim 2, characterized in that the second material comprises a polymer.

Arrangement according to claim 2 or 3, characterized in that the second material belongs to the group which contains rubbers, in particular fluororubbers (FKM), fluorinated elastomers or perfluororubbers (FFKM).

Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that in the elastic multilayer bearing ( 110 . 510 ) at least one cooling channel ( 520 . 520 ) is integrated.

Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that a ball joint is formed by the elastic multi-layer bearing.

Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that between the actuator and the optical element, a mechanical coupling in the form of a pin ( 600 ) is trained.

Arrangement according to claim 7, characterized in that these two elastic multi-layer bearings ( 610 ), each of which is connected to one end portion of the pin ( 600 ) is arranged.

Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the actuators is a weight force compensation device for exerting a compensation force on the optical element.

Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the optical element is a mirror.

Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the optical element is a mirror facet of a facet mirror, which has a plurality of independently adjustable mirror facets.

Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that it is designed for operation at a working wavelength of less than 200nm, in particular less than 160nm.

Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that it is designed for operation at a working wavelength of less than 30nm, in particular less than 15nm.

Microlithographic projection exposure apparatus with an arrangement according to one of the preceding claims.