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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Baugruppe, insbesondere in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.
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Stand der Technik
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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.
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In einer für EUV (z.B. für Wellenlängen von z.B. etwa 13 nm oder etwa 7 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 Rx, Ry und Rz um die entsprechenden Achsen) zu ermöglichen. Hierbei können etwa im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage auftretende Änderungen der optischen Eigenschaften z.B. infolge von thermischen Einflüssen kompensiert werden.
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Es ist z.B. bekannt, in einem Projektionsobjektiv einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage zur Manipulation von optischen Elementen wie Spiegeln in bis zu sechs Freiheitsgraden - wie schematisch in 6a und 6b angedeutet - drei Aktoranordnungen einzusetzen, welche jeweils wenigstens zwei Lorentz-Aktoren 602 und 603, 604 und 605 bzw. 606 und 607 (d.h. jeweils zwei aktiv ansteuerbare Bewegungsachsen) aufweisen. Des Weiteren ist in dem Aufbau von 6a für jede dieser Aktoranordnungen bzw. für jeden zugehörigen Krafteinleitungspunkt gemäß 6b jeweils eine die Masse eines optischen Elements bzw. Spiegels 600 tragende Gewichtskraftkompensationseinrichtung 610 vorgesehen, um den Energieverbrauch der aktiven bzw. steuerbaren Stellelemente zu minimieren, so dass insoweit kein permanenter Energiefluss mit damit einhergehender Wärmeerzeugung erforderlich ist. Die (auch als „MGC“ bezeichnete) Gewichtskompensationseinrichtung 610 kann auf eine gewisse Haltekraft einstellbar sein, die über ein an den Spiegel 600 mechanisch ankoppelndes mechanisches Element (Pin) 615 auf den Spiegel 600 übertragen wird. Mit „611“ ist in 6b ein Trägerrahmen bezeichnet.
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Ein in der Praxis auftretendes Problem ist, dass (wie lediglich schematisch in 7a-7b angedeutet) seitliche Auslenkungen eines optischen Elements bzw. Spiegels 700 aufgrund des Pendeleffekts unerwünschte Querkräfte infolge der auf den Spiegel 700 wirkenden Gewichtskraft zur Folge haben, wobei eine insoweit erforderliche Kompensation je nach der konkreten Konfiguration bzw. Anordnung der Lorentz-Aktoren ggf. nicht an Ort und Stelle, sondern anderenorts am Spiegel 700 (z.B. auf dessen gegenüberliegender Seite) zu erfolgen hat. Dies hat wiederum zur Folge, dass die besagten Querkräfte gegebenenfalls über den gesamten Spiegel 700 wirken und unerwünschte Oberflächendeformationen bewirken können.
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Ein weiteres in der Praxis mit den vorstehend beschriebenen seitlichen Auslenkungen des optischen Elements bzw. Spiegels 700 verbundenes Problem beruht auf unvermeidbaren Gelenksteifigkeiten der zur mechanischen Ankopplung der Gewichtskraftkompensationseinrichtung an das optische Element bzw. den Spiegel 700 verwendeten Gelenkanordnung (welche gemäß 7a-7c zwei Gelenke 716, 717 umfasst). So führt, wie lediglich schematisch in 7c angedeutet, eine seitliche Auslenkung des Spiegels 700 zu einer Verkippung des im dem Spiegel 700 zugewandten Endabschnitt des Pins 715 befindlichen Gelenks 716, was aufgrund der Drehsteifigkeit dieses Gelenks 716 wiederum die Einwirkung unerwünschter parasitärer Momente auf den Spiegel 700 zur Folge hat.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Baugruppe, insbesondere in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, bereitzustellen, welche eine möglichst störungsfreie Aktuierung eines optischen Elements unter zumindest weitgehender Vermeidung der vorstehend beschriebenen Probleme ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst.
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Eine erfindungsgemäße Baugruppe, insbesondere in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, weist auf:
- - ein optisches Element; und
- - eine Gewichtskraftkompensations-Anordnung zur wenigstens teilweisen Kompensation der auf das optische Element wirkenden Gewichtskraft;
- - wobei die Gewichtskraftkompensations-Anordnung wenigstens zwei Gewichtskraftkompensationseinrichtungen zur Einleitung jeweils einer Kompensationskraft in das optische Element aufweist, wobei diese Kompensationskräfte auf einen gemeinsamen Krafteinleitungspunkt hin verlaufen.
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Der Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, durch den Einsatz von wenigstens zwei auf ein- und denselben Krafteinleitungspunkt hin wirkenden Gewichtskraftkompensationseinrichtungen zu erreichen, dass sich diese Gewichtskraftkompensationseinrichtungen hinsichtlich der vorstehend beschriebenen, mit seitlichen Auslenkungen des optischen Elements bzw. Spiegels einhergehenden Querkräfte gegenseitig wenigstens teilweise kompensieren. Infolgedessen können auch mit solchen Querkräften einhergehende Oberflächendeformationen eliminiert oder zumindest wesentlich reduziert werden.
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Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Einsatzes der wenigstens zwei auf ein- und denselben Krafteinleitungspunkt hin wirkenden Gewichtskraftkompensationseinrichtungen ist, dass auch hinsichtlich der eingangs erwähnten Gelenksteifigkeiten in der jeweiligen mechanischen Ankopplung der Gewichtskraftkompensationseinrichtungen an das optische Element bzw. den Spiegel eine signifikante Reduzierung von insoweit verursachten parasitären Momenten erreicht werden kann. Diese effektive Reduzierung wird trotz der Erhöhung der Anzahl von Gewichtskraftkompensationseinrichtungen bzw. der Anzahl an Gelenken insbesondere dadurch ermöglicht, dass die jeweiligen Gelenkdicken entsprechend reduziert werden können, was wiederum aufgrund des Umstandes, dass die Gelenkdicke kubisch (d.h. in der dritten Potenz) in die Gelenksteifigkeit eingeht, im Ergebnis eine Abnahme der gesamten Gelenksteifigkeit und eine entsprechende Reduzierung resultierender parasitärer Momente zur Folge hat.
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So kann etwa in einem einfachen Berechnungsbeispiel beim Ersatz einer einzigen Gewichtskraftkompensationseinrichtung durch zwei Gewichtskraftkompensationseinrichtungen mit jeweils der halben Masse eine Halbierung der erforderlichen axialen Pinsteifigkeiten und somit auch eine Halbierung der erforderlichen Gelenkdicken erreicht werden mit der Folge, dass die Gelenksteifigkeiten für jede der beiden Gewichtskraftkompensationseinrichtungen nur noch 1/8 beträgt. Die Summe der Gelenksteifigkeiten für beide Gewichtskraftkompensationseinrichtungen beträgt dann somit 2*1/8 = 1/4 der im Falle des Einsatzes einer einzigen Gewichtskraftkompensationseinrichtung vorliegenden Gelenksteifigkeit.
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Gemäß einer Ausführungsform sind die Gewichtskraftkompensationseinrichtungen auf einander gegenüberliegenden Seiten des optischen Elements angeordnet.
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Gemäß einer Ausführungsform sind die Gewichtskraftkompensationseinrichtungen an das optische Element über jeweils eine Gelenkanordnung mechanisch gekoppelt, wobei sich die Gelenksteifigkeiten dieser Gelenkanordnungen einander wenigstens teilweise kompensieren.
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Gemäß einer Ausführungsform weist die Gewichtskraftkompensations-Anordnung genau zwei Gewichtskraftkompensationseinrichtungen zur Einleitung jeweils einer Kompensationskraft in das optische Element auf.
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Gemäß einer Ausführungsform weist die Gewichtskraftkompensations-Anordnung wenigstens drei Gewichtskraftkompensationseinrichtungen auf, welche auf einen gemeinsamen Krafteinleitungspunkt hin verlaufen.
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Gemäß einer Ausführungsform sind die Gewichtskraftkompensationseinrichtungen auf derselben Seite des optischen Elements angeordnet.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das optische Element ein Spiegel.
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Gemäß einer Ausführungsform weist die Baugruppe zur Aktuierung des optischen Elements in wenigstens einem Freiheitsgrad wenigstens zwei Aktoren auf, welche jeweils zur Ausübung einer steuerbaren Kraft auf das optische Element ausgelegt sind.
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Die Erfindung betrifft weiter ein optisches System einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, welches wenigstens eine Gelenkanordnung oder eine Baugruppe mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen aufweist.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Figurenliste
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Es zeigen:
- 1-4 schematische Darstellungen zur Erläuterung möglicher Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Baugruppe;
- 5 eine schematische Darstellung einer für den Betrieb im EUV ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage;
- 6a-6b schematische Darstellungen zur Erläuterung eines herkömmlichen Aufbaus zur Manipulation eines Spiegels in sechs Freiheitsgraden; und
- 7a-7c schematische Darstellungen zur Erläuterung eines der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Problems.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Im Weiteren wird zunächst ein möglicher Aufbau einer erfindungsgemäßen Baugruppe anhand der schematischen Darstellung von 1 erläutert.
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Gemäß 1 weist die dargestellte Baugruppe zur Manipulation eines optischen Elements 100 in Form eines Spiegels wenigstens zwei lediglich über Pfeile symbolisierte Lorentz-Aktoren 102, 103 auf. Dabei können insbesondere entsprechend dem in 6a dargestellten herkömmlichen Aufbau drei Paare solcher aus jeweils zwei Lorentz-Aktoren aufgebauter Aktoranordnungen zur Manipulation des Spiegels in sechs Freiheitsgraden vorgesehen sein.
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Zur wenigstens teilweisen Kompensation der auf das optische Element 100 bzw. den Spiegel wirkenden Gewichtskraft und somit zur Minimierung des Energieverbrauchs der Lorentz-Aktoren 102, 103 dient eine Gewichtskraftkompensations-Anordnung. Dabei ist den im Weiteren anhand von 1 bis 4 beschriebenen erfindungsgemäßen Ausführungsformen gemeinsam, dass diese Gewichtskraftkompensations-Anordnung nicht nur eine einzige, sondern wenigstens zwei Gewichtskraftkompensationseinrichtungen zur Einleitung jeweils einer Kompensationskraft in das optische Element 100 bzw. den Spiegel aufweist, wobei die jeweiligen Kompensationskräfte auf einen gemeinsamen Krafteinleitungspunkt (in 1 mit „104“ bezeichnet) hin verlaufen.
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Im konkreten Ausführungsbeispiel von 1 weist die Gewichtskraftkompensations-Anordnung genau zwei Gewichtskraftkompensationseinrichtungen 110, 120 auf, welche aufeinander gegenüber liegenden Seiten des optischen Elements 100 bzw. des Spiegels angeordnet sind. Diese Gewichtskraftkompensationseinrichtungen 110, 120 sind jeweils in für sich bekannter Weise über stabförmige Pins 115, 125 mechanisch an das optische Element 100 gekoppelt.
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Zur Veranschaulichung der Wirkung der vorstehend anhand von 1 beschriebenen Baugruppe dienen die schematischen Darstellungen von 2a und 2b, wobei im Vergleich zu 1 analoge bzw. im Wesentlichen funktionsgleiche Komponenten mit um „100“ erhöhten Bezugsziffern bezeichnet sind.
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Wie in 2a bis 2b angedeutet hat eine gemäß 2b z.B. in der negativen x-Richtung nach links erfolgende, laterale (d.h. in einer zur z-Richtung senkrechten Ebene verlaufende) Auslenkung des optischen Elements 200 zur Folge, dass die von den Pins 215, 225 jeweils übertragenen Querkräfte entgegengesetzt sind und sich idealerweise bei geeigneter Auslegung der Gewichtskraftkompensationseinrichtungen 210, 220 gegenseitig ausgleichen. Infolgedessen kann auch eine mit solchen Querkräften einhergehende Erzeugung unerwünschter Oberflächendeformationen des optischen Elements 200 vermieden oder zumindest signifikant reduziert werden.
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Zusätzlich zu der vorstehend beschriebenen Kompensation von in der erfindungsgemäßen Baugruppe bei lateraler Auslenkung des optischen Elements 200 auftretenden Querkräften kann auch hinsichtlich der vorhandenen Gelenksteifigkeiten in der mechanischen Ankopplung der Gewichtskraftkompensationseinrichtungen 210, 220 an das optische Element 200 eine signifikante Reduzierung von insoweit verursachten parasitären Momenten erreicht werden. Hierbei wird ausgenutzt, dass bei Einsatz von wenigstens zwei auf ein- und denselben Krafteinleitungspunkt einwirkenden Gewichtskraftkompensationseinrichtungen 210, 220 die jeweiligen Gelenkdicken entsprechend verringert (insbesondere bei identischer Auslegung der Gewichtskraftkompensationseinrichtungen halbiert) werden können, was wiederum aufgrund des Umstands, dass die Gelenkdicke kubisch in die Gelenksteifigkeit eingeht, eine Abnahme der gesamten Gelenksteifigkeit und eine entsprechende Reduzierung parasitärer Momente zur Folge hat.
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Im anhand von 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde lediglich beispielhaft davon ausgegangen, dass auf einander gegenüberliegenden Seiten des optischen Elements 100 angeordnete Gewichtskraftkompensationseinrichtungen 110, 120 gleich große Kräfte auf das optische Element 100 aufbringen. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. 3a und 3b zeigen in lediglich schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel für den Einsatz von zwei auf ein- und denselben Krafteinleitungspunkt einwirkenden Gewichtskraftkompensationseinrichtung 310, 320, welche unterschiedlich große Kräfte (z.B. eine Kraft von 100N über die Gewichtskraftkompensationseinrichtung 320 und eine Kraft von 200N über die Gewichtskraftkompensationseinrichtung 310) auf ein optisches Element 300 aufbringen. Dabei sind wiederum zu 1 analoge bzw. im Wesentlichen funktionsgleiche Komponenten mit um „200“ erhöhten Bezugsziffern bezeichnet.
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Zur Optimierung der vorstehend beschriebenen Querkraft-Kompensation bei lateraler Auslenkung des optischen Elements 300 sind die zur mechanischen Ankopplung dienenden Pins 315, 325 insbesondere hinsichtlich der Abstände und Steifigkeiten der in der mechanischen Ankopplung vorhandenen Gelenke entsprechend anzupassen. Insbesondere kann die Anordnung derart ausgestaltet sein, dass für die Gewichtskraftkompensationseinrichtungen 310, 320 die Quotienten aus der von der jeweiligen Gewichtskraftkompensationseinrichtung aufgebrachten Kraft und der zugehörigen Pinlänge gleich groß sind (so dass im o.g. Beispiel die Länge des Pins 310 doppelt so groß ist wie die Länge des Pins 320). Dabei kann die Gesamtanordnung auch unter Berücksichtigung des im konkreten Design jeweils zur Verfügung stehenden Bauraums gewählt werden, wobei z.B. bei nur geringem verfügbarem Bauraum eine vergleichsweise schwächer ausgelegte Gewichtskraftkompensationseinrichtung mit relativ kürzerem Pin verwendet werden kann).
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Die Erfindung ist nicht auf den Einsatz von genau zwei Gewichtskraftkompensationseinrichtungen pro Krafteinleitungspunkt beschränkt. In weiteren Ausführungsformen können auch drei oder mehr Gewichtskraftkompensationseinrichtungen pro Krafteinleitungspunkt verwendet werden. Beispielhafte Ausführungsformen sind schematisch in 4a und 4b angedeutet, wobei wiederum zu 1 analoge bzw. im Wesentlichen funktionsgleiche Komponenten mit um „300“ erhöhten Bezugsziffern bezeichnet sind. 4a zeigt ein Beispiel mit drei Gewichtskraftkompensationseinrichtungen 410, 420, 430 sowie zwei Lorentz-Aktoren 402, 403. 4b zeigt ebenfalls ein Beispiel mit drei Gewichtskraftkompensationseinrichtungen 460, 470, 480, wobei hier zwei dieser Gewichtskraftkompensationseinrichtungen 460, 480 zur Ausübung einer aktiv steuerbaren Kraft entlang der durch die jeweilige Pfeilrichtung angedeuteten Bewegungsachse ausgelegt sind.
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5 zeigt eine lediglich schematische Darstellung einer für den Betrieb im EUV ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage 500, in welcher die vorliegende Erfindung beispielhaft realisierbar ist.
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Gemäß 5 weist eine Beleuchtungseinrichtung der Projektionsbelichtungsanlage 500 einen Feldfacettenspiegel 503 und einen Pupillenfacettenspiegel 504 auf. Auf den Feldfacettenspiegel 503 wird das Licht einer Lichtquelleneinheit, welche eine Plasmalichtquelle 501 und einen Kollektorspiegel 502 umfasst, gelenkt. Im Lichtweg nach dem Pupillenfacettenspiegel 504 sind ein erster Teleskopspiegel 505 und ein zweiter Teleskopspiegel 506 angeordnet. Im Lichtweg nachfolgend ist ein unter streifendem Einfall betriebener Umlenkspiegel 507 angeordnet, der die auf ihn treffende Strahlung auf ein Objektfeld in der Objektebene eines in 5 lediglich angedeuteten Projektionsobjektivs mit Spiegeln 551-556 lenkt. Am Ort des Objektfeldes ist eine reflektive strukturtragende Maske 521 auf einem Maskentisch 520 angeordnet, die mit Hilfe eines Projektionsobjektivs in eine Bildebene abgebildet wird, in welcher sich ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes Substrat 561 auf einem Wafertisch 560 befindet.
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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.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009054549 A1 [0007]
