DE102018200152A1

DE102018200152A1 - Optisches Element zur Strahlführung von Abbildungslicht bei der Projektionslithographie

Info

Publication number: DE102018200152A1
Application number: DE102018200152.9A
Authority: DE
Inventors: Jens Prochnau; Dirk Schaffer
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2018-01-08
Filing date: 2018-01-08
Publication date: 2019-07-11

Abstract

Ein optisches Element (M) dient zur Strahlführung von Abbildungslicht bei der Projektionslithographie. Das optische Element (M) hat einen Grundkörper (18) und mindestens eine vom Grundkörper (18) getragene optische Fläche (19). Mindestens ein Ausgleichsgewichtselement (20, 23), welches am Grundkörper (18) angebracht ist, dient zur Gewichtskompensation einer gravitationsbedingten Passedeformation der optischen Fläche (19). Es resultiert ein optisches Element mit geringer Passedeformation am Einsatzort.

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches Element zur Strahlführung von Abbildungslicht bei der Projektionslithographie. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen justierten optischen Elements, eine abbildende Optik mit mindestens einem derartigen optischen Element, ein optisches System mit einer derartigen abbildenden Optik, eine Projektionsbelichtungsanlage mit einem derartigen optischen System, ein Verfahren zur Herstellung eines mikro- beziehungsweise nanostrukturierten Bauteils mit einer derartigen Projektionsbelichtungsanlage sowie ein mit diesem Verfahren hergestelltes mikro- beziehungsweise nanostrukturiertes Bauteil.
Ein derartiges optisches Element ist bekannt aus der DE 10 2013 214 989 A1 . Abbildende Optiken der eingangsgenannten Art sind bekannt aus der WO 2016/188934 A1 und der WO 2016/166080 A1 .
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein optisches Element mit möglichst geringer Passedeformation am Einsatzort bereitzustellen.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch ein optisches Element mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass die Anforderungen an die Passegenauigkeit, also an die Übereinstimmung der Form optischer Flächen der optischen Elemente zur Strahlführung von Abbildungslicht bei der Projektionslithographie derart hoch sind, dass eine Gewichtskraft, die unmittelbar oder mittelbar auf die optische Fläche wirkt, besonders die exakte Größe der Gewichtskraft am Einsatzort der Projektionsbelichtungsanlage, deren Bestandteil das betrachtete optische Element ist, eine Rolle spielt. Es wurde daher erkannt, dass es erforderlich ist, eine insbesondere einsatzortabhängige gravitationsbedingte Passedeformation der optischen Fläche zu berücksichtigen. Das mindestens eine Ausgleichsgewichtselement des optischen Elements sorgt für eine entsprechende Gewichtskompensation, sodass gravitationsbedingte Effekte auf die optische Fläche, besonders gravitationsbedingte Kraftunterschiede und deren Einfluss auf die Passe zwischen einem Spiegel-Herstellort einerseits und einem Spiegel-Einsatzort andererseits ausgeglichen werden können. Ein weiteres Beispiel für eine gravitationsbedingte Passedeformation, die mithilfe des mindestens einen Ausgleichsgewichts kompensiert werden kann, ist eine Deformation der optischen Fläche aufgrund einer gravitationsbedingten Kraftübertragung zwischen dem Grundkörper des optischen Elements und einer Lagerung des optischen Element beispielsweise in einem Halterahmen.
Eine Ausgestaltung nach Anspruch 2 hat sich als besonders geeignet herausgestellt. An der Spiegelrückseite lassen sich die Ausgleichsgewichts-elemente anbringen, ohne dass diese die optische Fläche stören. Alternativ oder zusätzlich kann das mindestens eine Ausgleichsgewichtselement am Rand des optischen Elements, also beispielsweise am Rand des Spiegels angebracht sein.
Eine Anbringung mindestens eines Ausgleichsgewichtselements im Bereich einer Schwerpunktachse nach Anspruch 3 sorgt für eine möglichst gut symmetrische Wirkung eines derart angebrachten Ausgleichsgewichts-elements. In vielen Fällen reicht dann die Anbringung genau eines Ausgleichsgewichtselements aus. Prinzipiell ist es möglich, auch mehrere Ausgleichsgewichtselemente im Bereich einer Schwerpunktachse des optischen Elements am Grundkörper anzubringen. Eine derartige Anbringung mehrerer Ausgleichsgewichtselemente im Bereich einer Schwerpunktachse eignet sich beispielsweise in Situationen, in denen die Schwerpunktachse selbst nicht zur Anbringung eines Ausgleichsgewichtselements zugänglich ist, beispielsweise wenn dort eine Durchtrittsöffnung im Grundkörper des optischen Elements vorliegt. In einem solchen Fall kann ein Ausgleichsgewichtselement oder es können mehrere Ausgleichsgewichtselemente im Bereich eines Randes einer derartigen Durchtrittsöffnung so angeordnet sein, dass sich in guter Näherung der Gewichtseffekt des mindestens einen Ausgleichsgewichtselements auf der Schwerpunktachse ergibt. Alternativ oder zusätzlich zu den vorstehend erläuterten Anordnungsvarianten kann mindestens ein Ausgleichsgewichtselement radial zwischen der Schwerpunktachse des optischen Elements und einem äußeren Randbereich des optischen Elements angebracht sein. Auch mindestens zwei derart radial insbesondere auf dem gleichen Radius zwischen der Schwerpunktachse und dem äußeren Randbereich des optischen Elements angeordnete Ausgleichsgewichtselemente sind möglich.
Bei einer Ausgestaltung nach Anspruch 4 können gezielt zusätzliche und von einer Rotationssymmetrie abweichende Freiheitsgrade bei der Gewichtskompensation einer gravitationsbedingten Passedeformation der optischen Fläche genutzt werden. Derart umfangsseitig angebrachte Ausgleichsgewichtselemente können auch ohne ein Ausgleichsgewichtselement im Bereich der Schwerpunktachse des optischen Elements zum Einsatz kommen. Auch mehrere Ausgleichsgewichtselemente können zwischen zwei in Umfangsrichtung einander benachbarten Lagerstellen angeordnet sein.
Eine Ausgestaltung nach Anspruch 5 hat sich als besonders zweckmäßig herausgestellt.
Anbringungsvarianten nach den Ansprüchen 6 bis 9, die alternativ oder in Kombination miteinander zum Einsatz kommen können, haben sich zur einerseits sicheren, andererseits möglichst wenig aufwendigen Verbindung des jeweiligen Ausgleichsgewichtselements mit dem Grundkörper als besonders geeignet herausgestellt. Eine derartige Verbindung kann beispielsweise durch eine Verschraubung oder durch eine Verklipsung des Ausgleichsgewichtselements mit dem Grundkörper erreicht werden. Auch eine kraftschlüssige Verbindung und/oder ein kraftschlüssiger Verbindungsbeitrag des Ausgleichsgewichtselements am Grundkörper ist möglich.
Eine Ausführung des Ausgleichsgewichtselements nach Anspruch 7 ermöglicht eine Drehmomenteinleitung vom Ausgleichsgewichtselement in den Grundkörper, was zur gezielten Beeinflussung der Passe der optischen Fläche des optischen Elements genutzt werden kann.
Ein nach Anspruch 8 einstellbarer Verbindungshebel ermöglicht eine einstellbare Vorgabe eines Betrages und/oder einer Richtung der Drehmomenteinleitung über das Drehmoment- Ausgleichsgewichtselement.
Das zusätzliche Element, über welches das Ausgleichsgewichtselement nach Anspruch 9 mit dem Grundkörper verbunden ist, kann eine Interfaceplatte sein.
Die Vorteile eines Herstellungsverfahrens für ein justiertes optisches Element nach Anspruch 10 entsprechen denen, die vorstehend im Zusammenhang mit dem optischen Element bereits erläutert wurden. Das Anbringen des mindestens einen Ausgleichsgewichtselements kann vor oder nach dem Verbringen des Rohlings an den Einsatzort der Anlage zur Projektionslithographie erfolgen. An den Ausgleichsgewichtselement-Anbringungs-schritt kann sich noch ein Justageschritt des optischen Elements innerhalb der jeweiligen Baugruppe anschließen. Das optische Element kann Bestandteil einer Projektionsoptik und/oder Bestandteil einer Beleuchtungsoptik der Projektionsbelichtungsanlage sein.
Die Vorteile einer abbildenden Optik nach Anspruch 11, eines optischen Systems nach Anspruch 12, einer Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 13, eines Herstellungsverfahrens für mikro- beziehungsweise nanostrukturierte Bauteile nach Anspruch 14 und eines mikro- beziehungsweise nanostrukturieren Bauteils nach Anspruch 15 entsprechen denjenigen, die vorstehend unter Bezugnahme auf das erfindungsgemäße optische Element sowie auf das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren für das justierte optische Element bereits erläutert wurden. Hergestellt kann mit der Projektionsbelichtungsanlage insbesondere ein Halbleiter-Bauteil, beispielsweise ein Speicherchip, werden.
Bei der Lichtquelle kann es sich um eine EUV-Lichtquelle handeln. Auch eine DUV-Lichtquelle, also beispielsweise eine Lichtquelle mit einer Wellenlänge von 193 nm, kann alternativ zum Einsatz kommen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

1 schematisch eine Projektionsbelichtungsanlage für die EUV-Mikrolithographie;
2 in einem Meridionalschnitt eine Ausführung einer abbildenden Optik, die als Projektionsobjektiv in der Projektionsbelichtungsanlage nach 1 einsetzbar ist, wobei ein Abbildungsstrahlengang für Hauptstrahlen und für einen oberen und einen unteren Komastrahl dreier ausgewählter Feldpunkte dargestellt ist;
3 Randkonturen genutzter Spiegelflächen von Spiegeln der abbildenden Optik nach 2;
4 perspektivisch einen Grundkörper eines Spiegels der abbildenden Optik nach 2 mit einem am Grundkörper angebrachten Ausgleichsgewichtselement zur Gewichtskompensation einer gravitationsbedingten Passedeformation einer optischen Fläche des Spiegels, wobei das Ausgleichsgewichtselement im Bereich einer Schwerpunktachse des Spiegels am Grundkörper angebracht ist;
5 in einer zu 3 ähnlichen Darstellung eine weitere Ausführung einer Anordnung von Ausgleichsgewichts-elementen, wobei neben einem Ausgleichsgewichtselement nach 3 noch weitere Ausgleichsgewichtselemente zwischen jeweils in Umfangsrichtung einander benachbarten Lagerstellen des Grundkörpers angebracht sind;
6 eine rückseitige Ansicht eines Grundkörpers eines Spiegels mit einer weiteren Anordnung von Ausgleichsgewichtselementen;
7 in einer zu 6 ähnlichen Darstellung eine zu 6 vergleichbare Anordnung von Ausgleichsgewichtselementen, ausgeführt jeweils mit einem Verbindungshebel zur Drehmomenteinleitung;
8 in einer zu 7 ähnlichen Ansicht eines der Ausgleichsgewichtselemente nach Art derjenigen von 7, mit zusätzlicher Veranschaulichung von Beweglichkeiten des Ausgleichsgewichtselements längs des Verbindungshebels einerseits und einer Schwenkbeweglichkeit des Verbindungshebels andererseits;
9 eine Seitenansicht des Ausgleichsgewichtselements nach 8, gesehen aus Blickrichtung IX in 8; und
10 und 11 in zu den 8 und 9 ähnlichen Darstellungen eine weitere Ausführung eines Ausgleichsgewichtselements mit einem als Scheibe ausgeführten Verbindungshebel.

Eine Projektionsbelichtungsanlage 1 für die Mikrolithographie hat eine Lichtquelle 2 für Beleuchtungslicht beziehungsweise Abbildungslicht 3. Bei der Lichtquelle 2 handelt es sich um eine EUV-Lichtquelle, die Licht in einem Wellenlängenbereich beispielsweise zwischen 5 nm und 30 nm, insbesondere zwischen 5 nm und 15 nm, erzeugt. Bei der Lichtquelle 2 kann es sich um eine plasmabasierte Lichtquelle (lasererzeugtes Plasma (laser-produced plasma, LPP), gasentladungserzeugtes Plasma (gasdischarge produced plasma, GDP)) oder auch um eine synchrotronbasierte Lichtquelle, zum Beispiel einen Freie-Elektronen-Laser (FEL) handeln. Bei der Lichtquelle 2 kann es sich insbesondere um eine Lichtquelle mit einer Wellenlänge von 13,5 nm oder um eine Lichtquelle mit einer Wellenlänge von 6,9 nm handeln. Auch andere EUV-Wellenlängen sind möglich. Generell sind sogar beliebige Wellenlängen, zum Beispiel sichtbare Wellenlängen oder auch andere Wellenlängen, die in der Mikrolithographie Verwendung finden können (zum Beispiel DUV, tiefes Ultraviolett) und für die geeigneten Laserlichtquellen und/oder LED-Lichtquellen zur Verfügung stehen (beispielsweise 365 nm, 248 nm, 193 nm, 157 nm, 129 nm, 109 nm), für das in der Projektionsbelichtungsanlage 1 geführte Beleuchtungslicht 3 möglich. Ein Strahlengang des Beleuchtungslichts 3 ist in der 1 äußerst schematisch dargestellt.
Zur Führung des Beleuchtungslichts 3 von der Lichtquelle 2 hin zu einem Objektfeld 4 in einer Objektebene 5 dient eine Beleuchtungsoptik 6. Mit einer Projektionsoptik beziehungsweise abbildenden Optik 7 wird das Objektfeld 4 in ein Bildfeld 8 in einer Bildebene 9 mit einem vorgegebenen Verkleinerungsmaßstab abgebildet.
Zur Erleichterung der Beschreibung der Projektionsbelichtungsanlage 1 sowie der verschiedenen Ausführungen der Projektionsoptik 7 ist in der Zeichnung ein kartesisches xyz-Koordinatensystem angegeben, aus dem sich die jeweilige Lagebeziehung der in den Figuren dargestellten Komponenten ergibt. In der 1 verläuft die x-Richtung senkrecht zur Zeichenebene in diese hinein. Die y-Richtung verläuft nach links und die z-Richtung nach oben.
Das Objektfeld 4 und das Bildfeld 8 sind bei der Projektionsoptik 7 gebogen beziehungsweise gekrümmt und insbesondere teilringförmig ausgeführt. Ein Krümmungsradius dieser Feldkrümmung kann bildseitig 81 mm betragen. Ein entsprechender Ringfeldradius des Bildfeldes ist definiert in der WO 2009/053023 A2 . Eine Grundform einer Randkontur des Objektfeldes 4 beziehungsweise des Bildfeldes 8 ist entsprechend gebogen. Alternativ ist es möglich, das Objektfeld 4 und das Bildfeld 8 rechteckförmig auszuführen. Das Objektfeld 4 und das Bildfeld 8 haben ein xy-Aspektverhältnis größer als 1. Das Objektfeld 4 hat also eine längere Objektfelddimension in der x-Richtung und eine kürzere Objektfelddimension in der y-Richtung. Diese Objektfelddimensionen verlaufen längs der Feldkoordinaten x und y.
Bei einer beispielhaften Ausführung der Projektionsoptik 7 liegt eine x-Abmessung des Bildfeldes von 26 mm und eine y-Abmessung des Bildfeldes 8 von 1,2 mm vor.
Das Objektfeld 4 ist dementsprechend aufgespannt von der ersten kartesischen Objektfeldkoordinate x und der zweiten kartesischen Objektfeldkoordinate y. Die dritte kartesische Koordinate z, die senkrecht auf diesen beiden Objektfeldkoordinaten x und y steht, wird nachfolgend auch als Normalkoordinate bezeichnet.
Für die Projektionsoptik 7 kann das in der 2 dargestellte Ausführungsbeispiel eingesetzt werden. Das optische Design der Projektionsoptik 7 nach den 2 und 3 ist bekannt aus der WO 2016/188934 A1 , auf deren Inhalt voll umfänglich Bezug genommen wird.
Die Bildebene 9 ist bei der Projektionsoptik 7 in der Ausführung nach 2 parallel zur Objektebene 5 angeordnet. Abgebildet wird hierbei ein mit dem Objektfeld 4 zusammenfallender Ausschnitt einer Reflexionsmaske 10, die auch als Retikel bezeichnet wird. Das Retikel 10 wird von einem Retikelhalter 10a getragen. Der Retikelhalter 10a wird von einem Retikelverlagerungsantrieb 10b verlagert.
Die Abbildung durch die Projektionsoptik 7 erfolgt auf die Oberfläche eines Substrats 11 in Form eines Wafers, der von einem Substrathalter 12 getragen wird. Der Substrathalter 12 wird von einem Wafer- beziehungsweise Substratverlagerungsantrieb 12a verlagert.
In der 1 ist schematisch zwischen dem Retikel 10 und der Projektionsoptik 7 ein in diese einlaufendes Strahlenbündel 13 des Beleuchtungslichts 3 und zwischen der Projektionsoptik 7 und dem Substrat 11 ein aus der Projektionsoptik 7 auslaufendes Strahlenbündel 14 des Beleuchtungslichts 3 dargestellt. Eine bildfeldseitige numerische Apertur (NA) der Projektionsoptik 7 ist in der 1 nicht maßstäblich wiedergegeben.
Die Projektionsbelichtungsanlage 1 ist vom Scannertyp. Sowohl das Retikel 10 als auch das Substrat 11 werden beim Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage 1 in der y-Richtung gescannt. Auch ein Steppertyp der Projektionsbelichtungsanlage 1, bei dem zwischen einzelnen Belichtungen des Substrats 11 eine schrittweise Verlagerung des Retikels 10 und des Substrats 11 in der y-Richtung erfolgt, ist möglich. Diese Verlagerungen erfolgen synchronisiert zueinander durch entsprechende Ansteuerung der Verlagerungsantriebe 10b und 12a.
Die 2 zeigt das optische Design der Projektionsoptik 7. Die 2 zeigt die Projektionsoptik 7 in einem Meridionalschnitt, also den Strahlengang des Abbildungslichts 3 in der yz-Ebene. Die Projektionsoptik 7 nach 2 hat insgesamt zehn Spiegel, die in der Reihenfolge des Strahlengangs der Einzelstrahlen 15, ausgehend vom Objektfeld 4, mit M1 bis M10 durchnummeriert sind.
Dargestellt ist in der 2 der Strahlengang jeweils dreier Einzelstrahlen 15, die von drei in der 2 zueinander in der y-Richtung beabstandeten Objektfeldpunkten ausgehen. Dargestellt sind Hauptstrahlen 16, also Einzelstrahlen 15, die durch das Zentrum einer Pupille in einer Pupillenebene der Projektionsoptik 7 verlaufen, sowie jeweils ein oberer und ein unterer Komastrahl dieser beiden Objektfeldpunkte. Ausgehend vom Objektfeld 4 schließen die Hauptstrahlen 16 mit einer Normalen auf die Objektebene 5 einen Winkel CRA von 5,2 ° ein.
Die Objektebene 5 liegt parallel zur Bildebene 9.
Dargestellt sind in der 2 Ausschnitte der berechneten Reflexionsflächen der Spiegel M1 bis M10. Genutzt wird ein Teilbereich dieser berechneten Reflexionsflächen. Lediglich dieser tatsächlich genutzte Bereich der Reflexionsflächen ist zuzüglich eines Überstandes bei den realen Spiegeln M1 bis M10 tatsächlich vorhanden.
3 zeigt diesen tatsächlich genutzten Bereich der Reflexionsflächen der Spiegel M1 bis M10. Der Spiegel M10 hat eine Durchtrittsöffnung 17 zum Durchtritt des Abbildungslichts 3, das vom drittletzten Spiegel M8 hin zum vorletzten Spiegel M9 reflektiert wird. Der Spiegel M10 wird um die Durchtrittsöffnung 17 herum reflektiv genutzt. Alle anderen Spiegel M1 bis M9 haben keine Durchtrittsöffnung und werden in einem lückenlos zusammenhängenden Bereich reflektiv genutzt.
Die Spiegel M1 bis M10 sind als nicht durch eine rotationssymmetrische Funktion beschreibbare Freiformflächen ausgeführt. Es sind auch andere Ausführungen der Projektionsoptik 7 möglich, bei denen mindestens einer der Spiegel M1 bis M10 als rotationssymmetrische Asphäre ausgeführt ist. Eine Asphärengleichung für eine solche rotationssymmetrische Asphäre ist bekannt aus der DE 10 2010 029 050 A1 . Auch alle Spiegel M1 bis M10 können als derartige Asphären ausgeführt sein.
Eine Freiformfläche kann durch folgende Freiformflächengleichung (Gleichung 1) beschrieben werden: $\begin{array}{l} Z = \frac{c_{x} x^{2} + c_{y} y^{2}}{1 + \sqrt{1 - (1 + k_{x}) {(c_{x} x)}^{2} - (1 + k_{y}) {(c_{y} y)}^{2}}} \\ + C_{1} x + C_{2} y \\ + C_{3} x^{2} + C_{4} xy + C_{5} y^{2} \\ + C_{6} x^{3} + \dots + C_{9} y^{3} \\ + C_{10} x^{4} + \dots + C_{12} x^{2} y^{2} + \dots + C_{14} y^{4} \\ + C_{15} x^{5} + \dots + C_{20} y^{5} \\ + C_{21} x^{6} + \dots + C_{24} x^{3} y^{3} + \dots + C_{27} y^{6} \\ + \dots \end{array}$
Für die Parameter dieser Gleichung (1) gilt:
Z ist die Pfeilhöhe der Freiformfläche am Punkt x, y, wobei x² + y² = r². r ist hierbei der Abstand zur Referenzachse der Freiformflächengleichung
(x = 0; y = 0).
In der Freiformflächengleichung (1) bezeichnen C₁, C₂, C₃... die Koeffizienten der Freiformflächen-Reihenentwicklung in den Potenzen von x und y.
Im Falle einer konischen Grundfläche ist c_x , c_y eine Konstante, die der Scheitelpunktkrümmung einer entsprechenden Asphäre entspricht. Es gilt also c_x = 1/R_x und c_y = 1/R_y. k_x und k_y entsprechen jeweils einer konischen Konstante einer entsprechenden Asphäre. Die Gleichung (1) beschreibt also eine bikonische Freiformfläche.
Eine alternativ mögliche Freiformfläche kann aus einer rotationssymmetrischen Referenzfläche erzeugt werden. Derartige Freiformflächen für Reflexionsflächen der Spiegel von Projektionsoptiken von Projektionsbelichtungsanlagen für die Mikrolithographie sind bekannt aus der US 2007-0058269 A1 .
Alternativ können Freiformflächen auch mit Hilfe zweidimensionaler Spline-Oberflächen beschrieben werden. Beispiele hierfür sind Bezier-Kurven oder nichtuniforme rationale Basis-Splines (non-uniform rational basis splines, NURBS). Zweidimensionale Spline-Oberflächen können beispielsweise durch ein Netz von Punkten in einer xy-Ebene und zugehörige z-Werte oder durch diese Punkte und ihnen zugehörige Steigungen beschrieben werden. Abhängig vom jeweiligen Typ der Spline-Oberfläche wird die vollständige Oberfläche durch Interpolation zwischen den Netzpunkten unter Verwendung zum Beispiel von Polynomen oder Funktionen, die bestimmte Eigenschaften hinsichtlich ihrer Kontinuität und Differenzierbarkeit haben, gewonnen. Beispiele hierfür sind analytische Funktionen.
Die genutzten Reflexionsflächen der Spiegel M1 bis M10 werden von Grundkörpern getragen.
Der Grundkörper 18 kann aus Glas, aus Keramik oder aus Glaskeramik gefertigt sein. Das Material des Grundkörpers 18 kann so abgestimmt sein, dass dessen thermischer Expansionskoeffizient bei einer gewählten Betriebstemperatur des Spiegels M sehr nahe beim Wert 0 liegt und idealerweise exakt 0 ist. Ein Beispiel für ein derartiges Material ist Zerodur^®.
4 zeigt beispielhaft einen derartigen Grundkörper 18 perspektivisch. Die Blickrichtung ist dabei von einer Spiegelrückseite her, also von einer der reflektiv genutzten Spiegelfläche abgewandten Seite her. Die zur Reflexion genutzte optische Fläche ist in der 4 mit 19 bezeichnet.
Der in 4 gezeigt Spiegel M kann einer der vorstehend erläuterten Spiegel M1 bis M10 sein.
Am Grundkörper 18 angebracht ist bei der Ausführung des Spiegels M nach 4 ein Ausgleichsgewichtselement 20. Letzteres dient zur Gewichtskompensation einer gravitationsbedingten Passedeformation der optischen Fläche. Das Ausgleichsgewicht 20 dient also dazu, Passefehler der optischen Fläche 19 zu kompensieren, die aufgrund der Tatsache resultieren, dass der Spiegel M an einem Herstellungsort produziert wird, an dem die Gewichtskraft des Spiegels M eine andere ist als am Einsatzort des Spiegels M bei der Produktion von Halbleiter-Bauelementen mit einer Projektionsbelichtungsanlage, deren Bestandteil der Spiegel M ist.
Das Ausgleichgewichtselement 20 ist an der Rückseite 21 des Grundkörpers 18 angebracht. Das Ausgleichsgewichtselement 20 ist im Bereich einer in der 4 schematisch angedeuteten Schwerpunktachse SP des Spiegels M am Grundkörper 18 angebracht.
Das Ausgleichsgewichtselement 20 ist mit dem Grundkörper 18 formschlüssig über eine nicht näher dargestellte Hinterschneidungs-Rastung verbunden. Hierzu weist der Grundkörper 18 eine Ausnehmung mit einer Hinterschneidung auf, in die ein zur Ausnehmung komplementärer Abschnitt des Ausgleichsgewichtselements 20, diese Hinterschneidung hintergreifend, eingerastet beziehungsweise eingeklipst ist. Alternativ kann das Ausgleichsgewichtselement 20 mit dem Grundkörper 18 auch stoffschlüssig verbunden und/oder verschraubt sein.
Bei einer weiteren, nicht dargestellten Ausführung kann das Ausgleichsgewichtselement 20 mit dem Grundkörper 18 auch über eine zwischenliegende Interfaceplatte verbunden sein. Die Interfaceplatte kann ihrerseits einerseits mit dem Ausgleichsgewichtselement 20 und andererseits mit dem Grundkörper 18 formschlüssig oder stoffschlüssig verbunden sein, wie vorstehend im Zusammenhang mit der Verbindung des Ausgleichsgewichtselements 20 mit dem Grundkörper 18 bereits erläutert.
Der Grundkörper 18 hat mehrere Lagerstellen 22. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind dies drei Lagerstellen 22. Über diese Lagerstellen 22 ist der Grundkörper 18 in einer Lageraufnahme eines nicht dargestellten Halterahmens des Spiegels M gelagert.
Bei der Herstellung eines justierten optischen Elements nach Art des Spiegels M nach 4 wird folgendermaßen vorgegangen:
Zunächst wird ein Rohling des Spiegels M unter Berücksichtigung eines negativen Deformationsvorhaltes an einem Herstellungsort hergestellt. Die optische Fläche 19 wird dabei so vorgeformt, dass sie erst unter der Kraftwirkung mindestens eines Ausgleichsgewichtselements nach Art des Ausgleichsgewichtselements 20 die gewünschte Passe hat. Anschließend wird der so vorgefertigte Rohling an den Einsatzort der Projektionsbelichtungsanlage verbracht. Dort wird mindestens ein Ausgleichsgewichtselement nach Art des Ausgleichsgewichtselements 20 am Grundkörper 18 des Spiegels M unter Berücksichtigung der Gravitation am Einsatzort zur Gewichtskompensation einer gravitationsbedingten Passedeformation der optischen Fläche 19 angebracht. Diese beiden letzten Schritte „Verbringen des Rohlings an den Einsatzort“ und „Anbringen des mindestens einen Ausgleichsgewichtselements“ können auch, soweit die Gravitationskraft am Einsatzort ausreichend genau bekannt ist, vertauscht werden. Anschließend wird der Spiegel an seinem Einsatzort in der Projektionsbelichtungsanlage justiert.
Bei einer Variante des Spiegel-Herstellungsverfahrens kann bei der Herstellung des Rohlings des optischen Elements gleich ein Roh-Ausgleichsgewichtselement am Grundkörper des optischen Elements angebracht werden, welches den zu erwarteten gravitationsbedingten Effekt der Passedeformation der optischen Fläche überkompensiert. Zur Herstellung des justierten optischen Elements kann dann das Ausgleichsgewichtselement hinsichtlich seines Gewichtseffekts auf die optische Fläche durch Entfernen, zum Beispiel durch Abtrag, eines Teils des Ausgleichsgewichtselements leichter gemacht werden, bis der gewünschte Gewichtskompensationseffekt zum Erreichen der gewünschten Kompensation der Passedeformation erreicht ist. Diese Variante des Herstellungsverfahrens vermeidet es, an die bereits fertiggestellte optische Fläche nachträglich ein Austragselement anzubringen, was von sich aus zu einer unerwünschten Passedeformation führen könnte.
Bei Ausführung des Spiegels M als einem symmetrischen Spiegel aus Keramik mit einer Masse von 500kg, einem Durchmesser von 90cm und einer Dicke von 20cm beträgt eine theoretische Passedeformation, hervorgerufen durch eine Gravitationsvariation von 0,1% ca. 350 pm. Durch die vorstehend beschriebene Gewichtskompensation mittels Ausgleichsgewichtselementen ist dieser Effekt auf ca. 13 pm reduzierbar. Es verbleiben nach der Kompensation also weniger als 4% der ursprünglichen Passedeformation.
Generell lässt sich eine Kompensation der gravitationsbedingten Passedeformation auf einen Wert von weniger als 10% der ursprünglichen, gravitationsbedingten Passedeformation erreichen.
5 zeigt eine weitere Ausführung eines optischen Elements am Beispiel eines Spiegels M mit gewichtskompensierter gravitationsbedingter Passedeformation der optischen Fläche. Komponenten und Funktionen, die vorstehend im Zusammenhang mit den 1 bis 4 und insbesondere im Zusammenhang mit der 4 bereits erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmal im Einzelnen diskutiert.
Der Grundkörper 18 des Spiegels M nach 5 hat zusätzlich zum zentralen Ausgleichsgewichtselement 20 im Bereich der Schwerpunktachse SP weitere Ausgleichsgewichtselemente 23. Jeweils eines dieser weiteren Ausgleichsgewichtselemente 23 ist zwischen zwei in Umfangsrichtung um die Schwerpunktachse SP einander benachbarten Lagerstellen 22 angeordnet. Mithilfe einer solchen Ausführung mit mehreren Ausgleichsgewichts-elementen 20, 23 ergeben sich zusätzliche Freiheitsgrade bei der Gewichtskompensation der gravitationsbedingten Passedeformation.
Bei einer weiteren, nicht dargestellten Ausführung einer Anordnung von Ausgleichgewichtselementen, die ansonsten der Ausführung nach 5 entspricht, fehlt das zentrale Ausgleichsgewichtselement 20 im Bereich der Schwerpunktachse SP.
6 zeigt eine rückseitige Ansicht des Spiegels M mit einer weiteren Anordnungsvariante der Ausgleichsgewichtselemente.
Bei der Anordnung nach 6 liegt ein zentral angeordnetes Ausgleichsgewichtselement 20 nach Art der Ausführungen aus den 4 und 5 vor. Zwischen zwei in Umfangsrichtung um die Schwerpunktachse SP einander benachbarten Lagerstellen 22 liegen bei der Ausführung nach 6 jeweils zwei Ausgleichsgewichtselemente 23 vor. Zusätzlich liegen radial zwischen der Schwerpunktachse SP und einem äußeren Randbereich 25 des Spiegels M weitere Ausgleichsgewichtselemente 26 vor, die zum zentralen Ausgleichsgewichtselement 20 den halben Abstand A beziehungsweise Radiuswert haben wie die zwischen den Lagerstellen 22 umfangsseitig angeordneten äußeren Ausgleichsgewichtselemente 23. Der Abstand zwischen dem zentralen Ausgleichsgewichtselement 20 und den zwischen benachbarten Lagerstellen 22 angeordneten, äußeren Ausgleichsgewichtselementen 23 ist in der 6 mit B bezeichnet. Bei der Ausführung nach 6 gilt also: B = 2A.
Auch andere Verhältnisse B/A im Bereich zwischen 1,1 und 10 sind möglich. Die Radial-Ausgleichsgewichtselemente 26 können alle den gleichen Abstand A zum zentralen Ausgleichsgewichtselement 20 haben. Alternativ ist es möglich, verschiedene Abstände A₁ , A₂ , ... zwischen den Radial-Ausgleichsgewichtselementen 26 und dem zentralen Ausgleichsgewichtselement 20 vorzusehen.
Insgesamt liegen bei der Anordnung der Ausgleichsgewichtselemente nach 6 neben dem zentralen Ausgleichsgewichtselement 20 drei Radial-Ausgleichsgewichtselemente 26 und sechs Umfangs-Ausgleichsgewichts-elemente 23, also insgesamt zehn Ausgleichsgewichtselemente vor. Je nach Anforderungen an den Ausgleich einer Passedeformation kann die Anzahl der Ausgleichsgewichtselemente beispielsweise im Bereich zwischen 5 und 25 liegen.
7 zeigt, bei grundsätzlich gleicher Anordnung der Ausgleichsgewichtselemente wie in 6, eine zur Ausführung nach den 4 bis 6 alternative Gestaltung von Ausgleichsgewichtselementen 27, die als Drehmoment-Ausgleichsgewichtselemente gestaltet sind. Insgesamt liegen bei der Ausführung nach 7 also zehn derartiger Drehmoment-Ausgleichsgewichtselemente 27 am Ort der Ausgleichsgewichtselemente 20, 23 und 26 der Ausführung nach 6 vor.
Die 8 und 9 verdeutlichen den Aufbau einer ersten Ausführung der Drehmoment-Ausgleichsgewichtselemente 27. Diese weisen jeweils ein Ausgleichsgewicht 28 auf, welches über einen Verbindungshebel 29 und ein als Interface gestaltetes zusätzliches Element 30 mit dem Grundkörper 18 verbunden ist.
Bei einer Orientierung des Spiegels M so, dass dessen Rückseite nach oben weist, verläuft eine Richtung einer Gewichtskraft G des Ausgleichsgewichts 28 des Drehmoment-Ausgleichsgewichts-elements 27, ausgehend vom Schwerpunkt des Ausgleichsgewichts 28 beabstandet zu einem Verbindungsbereich, über den der Verbindungshebel 29 mit dem Grundkörper 18 verbunden ist, also beabstandet zum zusätzlichen Element (Interface) 30. Es resultiert ein Drehmoment, welches das Drehmoment-Ausgleichsgewichtselement 27 in den Grundkörper 18 des Spiegels M einleitet. Die Drehmomenteinleitung kann zu einer gezielten Änderung der Passe der gegenüberliegenden, zur Reflexion genutzten optischen Fläche 19 des Spiegels genutzt werden.
Beim Drehmoment-Ausgleichsgewichtselement 27 kann neben der Größe des eingeleiteten Drehmoments auch dessen Richtung einstellbar vorgegeben werden. Zur Vorgabe der Größe des eingeleiteten Drehmoments kann das Ausgleichsgewicht 28 längs des Verbindungshebels 29 relativ zu diesem verlagert werden, wie in der 8 durch einen Doppelpfeil in Längsrichtung des Verbindungshebels 29 angedeutet ist.
Über diese Verlagerung des Ausgleichsgewichts 28 längs des Verbindungshebels 29 erfolgt eine Einstellung einer effektiven Länge des Verbindungshebels 29 und damit des absolut eingeleiteten Drehmoments. Diese Verstellung des Ausgleichsgewichts 28 längs des Verbindungshebels 29 kann stufenlos erfolgen. Eine Fixierung des Ausgleichsgewichts 28 am Verbindungshebel 29 kann beispielsweise magnetisch erfolgen.
Eine Richtung des mit dem Drehmoment-Ausgleichsgewichtselement 27 in den Grundkörper 18 eingeleiteten Drehmoments kann über eine Schwenkeinstellung des Verbindungshebels 29 um eine Schwenkachse SA vorgegeben werden, wie in der 8 durch einen weiteren Doppelpfeil angedeutet ist. Das zusätzliche Element 30 kann dabei mit einem Schwenklager zum Grundkörper 18 ausgeführt sein, welches in einer vorgegebenen Schwenkposition des Verbindungshebels 29 relativ zum Grundkörper 18 fixierbar ist, sodass der Verbindungshebel 29 in dieser Schwenkposition fixiert ist.
Anhand der 10 und 11 wird nachfolgend eine weitere Ausführung eines Drehmoment-Ausgleichsgewichtselements 31 beschrieben. Komponenten und Funktionen, die denjenigen entsprechen, die vorstehend unter Bezugnahme auf die 1 bis 9 und insbesondere unter Bezugnahme auf die 7 bis 9 bereits erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert.
Anstelle eines länglichen Verbindungshebels 29 wie bei der Ausführung aus den 7 bis 9 hat das Drehmoment-Ausgleichsgewichtselement 31 einen scheibenförmigen Verbindungshebel 32. Ein Zentralbereich 33 des Verbindungshebels 32 ist über das zusätzliche Element (Interface) 30 mit dem Grundkörper 18 verbunden. Das Ausgleichsgewicht 28 kann auf der dem zusätzlichen Element 30 abgewandten Oberseite des Verbindungshebels 32 in zwei Dimensionen verlagert werden, was in der 10 durch zwei gekreuzte Doppelpfeile im Bereich des Ausgleichsgewichts 28 angedeutet ist. Über diese Verlagerung mit zwei Translationsfreiheitsgraden kann sowohl der Betrag als auch die Einleitungsrichtung des Drehmoments des Drehmoment-Ausgleichsgewichtselements 31 einstellbar vorgegeben werden. Eine Schwenk- bzw. Drehbarkeit des Verbindungshebels 32 ist bei dieser Ausführung nicht erforderlich, ist grundsätzlich aber auch möglich.
Zur Herstellung eines mikro- oder nanostrukturierten Bauteils wird die Projektionsbelichtungsanlage 1 folgendermaßen eingesetzt: Zunächst werden die Reflexionsmaske 10 beziehungsweise das Retikel und das Substrat beziehungsweise der Wafer 11 bereitgestellt. Anschließend wird eine Struktur auf dem Retikel 10 auf eine lichtempfindliche Schicht des Wafers 11 mithilfe der Projektionsbelichtungsanlage 1 projiziert. Durch Entwicklung der lichtempfindlichen Schicht wird dann eine Mikro- oder Nanostruktur auf dem Wafer 11 und somit das mikrostrukturierte Bauteil erzeugt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013214989 A1 [0002]
WO 2016/188934 A1 [0002, 0024]
WO 2016/166080 A1 [0002]
WO 2009/053023 A2 [0021]
DE 102010029050 A1 [0034]
US 20070058269 A1 [0040]

Claims

Optisches Element (M; M1 bis M10) zur Strahlführung von Abbildungslicht (3) bei der Projektionslithographie, - mit einem Grundkörper (18) und mindestens einer vom Grundkörper (18) getragenen optischen Fläche (19), gekennzeichnet durch mindestens ein Ausgleichsgewichtselement (20; 20, 23; 23), welches am Grundkörper (18) angebracht ist, zur Gewichtskompensation einer gravitationsbedingten Passedeformation der optischen Fläche (19).
Optisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (M; M1 bis M10) als Spiegel ausgeführt ist, wobei das mindestens eine Ausgleichsgewichtselement (20; 20, 23; 23) am Grundkörper (18) an einer von der optischen Fläche (19) abgewandten Spiegelrückseite (21) angebracht ist.
Optisches Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Ausgleichsgewichtselement (20) im Bereich einer Schwerpunktachse (SP) des optischen Elements (M; M1 bis M10) am Grundkörper (18) angebracht ist.
Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (18) umfangsseitig über mehrere Lagerstellen (22) in einer Lageraufnahme eines Halterahmens des optischen Elements (M; M1 bis M10) gelagert ist, wobei mindestens ein Ausgleichsgewichtselement (23) zwischen zwei in Umfangsrichtung einander benachbarten Lagerstellen (22) angeordnet ist.
Optisches Element nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen allen in Umfangsrichtung einander benachbarten Lagerstellen (22) jeweils ein Ausgleichsgewichtselement (23) angeordnet ist.
Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Ausgleichsgewichtselement (20; 20, 23; 23) mit dem Grundkörper (18) formschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden ist.
Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ausgleichsgewicht (28) des Ausgleichsgewichtselements (27; 31) über einen Verbindungshebel (29; 32) derart mit dem Grundkörper (18) verbunden ist, dass eine Richtung einer Gewichtskraft (G) des Ausgleichsgewichts (28), ausgehend von dessen Schwerpunkt, beabstandet zu einem Verbindungsbereich (30) verläuft, über den der Verbindungshebel (29; 32) mit dem Grundkörper (18) verbunden ist.
Optisches Element nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungshebel (29; 32) in seiner Länge und/oder in seiner Richtung einstellbar ausgeführt ist.
Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichsgewichtselement (20; 20, 23; 23) mit dem Grundkörper (18) über ein zusätzliches Element verbunden ist.
Verfahren zur Herstellung eines justierten optischen Elements (M; M1 bis M10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 mit folgenden Schritten: - Herstellen eines Rohlings des optischen Elements (M; M1 bis M10) unter Berücksichtigung eines negativen Deformationsvorhaltes, - Verbringen des Rohlings an den Einsatzort einer Anlage (1) zur Projektionslithographie, - Anbringen mindestens eines Ausgleichsgewichtselements (20; 20, 23; 23) am Grundkörper (18) des optischen Elements (M) unter Berücksichtigung der Gravitation am Einsatzort zur Gewichtskompensation einer gravitationsbedingten Passedeformation der optischen Fläche.
Abbildende Optik (7) mit mindestens einem optischen Element (M1 bis M10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Abbildung eines Objektfeldes (4), in dem ein abzubildendes Objekt (10) anordenbar ist, in ein Bildfeld (8), in dem ein Substrat (11) anordenbar ist.
Optisches System - mit einer abbildenden Optik nach Anspruch 11, - mit einer Beleuchtungsoptik (6) zur Beleuchtung des Objektfeldes (4) mit Beleuchtungslicht (3) einer Lichtquelle (2).
Projektionsbelichtungsanlage mit einem optischen System nach Anspruch 12 und mit einer Lichtquelle (2) zur Erzeugung des Beleuchtungslichts (3).
Verfahren zur Herstellung eines strukturierten Bauteils mit folgenden Verfahrensschritten: - Bereitstellen eines Retikels (10) und eines Wafers (11), - Projizieren einer Struktur auf dem Retikel (10) auf eine lichtempfindliche Schicht des Wafers (11) mithilfe der Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 13, - Erzeugen einer Mikro- beziehungsweise Nanostruktur auf dem Wafer (11).
Strukturiertes Bauteil, hergestellt nach einem Verfahren nach Anspruch 14.