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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. Dabei ist es z.B. bekannt, in einem Projektionsobjektiv einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage zur Manipulation von optischen Elementen wie Spiegeln in bis zu sechs Freiheitsgraden drei Aktoreinrichtungen einzusetzen, welche jeweils wenigstens zwei Lorentz-Aktoren bzw. zwei aktiv ansteuerbare Bewegungsachsen aufweisen.
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In der Beleuchtungseinrichtung einer für den Betrieb im EUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage ist insbesondere der Einsatz von Facettenspiegeln in Form von Feldfacettenspiegeln und Pupillenfacettenspiegeln als bündelführende Komponenten z.B. aus
DE 10 2008 009 600 A1 bekannt. Derartige Facettenspiegel sind aus einer Vielzahl von Einzelspiegeln oder Spiegelfacetten aufgebaut, welche jeweils zum Zwecke der Justage oder auch zur Realisierung bestimmter Beleuchtungswinkelverteilungen über Festkörpergelenke und Aktoren kippbar ausgelegt sein können.
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4 zeigt in lediglich schematischer und stark vereinfachter Darstellung den möglichen Aufbau einer herkömmlichen Baugruppe 400 zur Lagerung bzw. Aktuierung eines optischen Elements in Form eines Spiegelmoduls 405. Die optische Wirkfläche des Spiegelmoduls 405 ist mit „405a“ bezeichnet, und „S“ bezeichnet den Schwerpunkt des Spiegelmoduls 405. Eine Gelenkanordnung zur mechanischen Lagerung des Spiegelmoduls 405 weist gemäß 4 sechs Verbindungselemente 410, 420, 430, 440, 450 und 460 auf, welche jeweils stabförmig ausgebildet sind und gemäß 4 eine Hexapod-Anordnung bilden. Jedes der stabförmigen Verbindungselemente 410-460 weist ferner gemäß 4 jeweils zwei Kreuzgelenke auf, wobei wiederum lediglich beispielhaft jeweils eines der beiden Kreuzgelenke eines Verbindungselements unmittelbar am Spiegelmodul 405 mechanisch festgelegt ist. Ebenfalls beispielhaft ist jedem der Verbindungselemente 410-460 jeweils ein (mit „415“ bis „465“ bezeichneter) Aktor zur Ausübung einer steuerbaren Kraft auf das Spiegelmodul 405 zugeordnet.
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Wie ebenfalls aus 4 ersichtlich ist, laufen die Verbindungselemente 410-460 auf einen gemeinsamen Krafteinleitungspunkt am Spiegelmodul hin, wobei dieser Krafteinleitungspunkt (welcher gegebenenfalls bei Verstellung des Spiegelmoduls 405 auch als Drehpunkt dient) mit „D“ bezeichnet ist.
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In der Praxis geht die fortwährende Erhöhung der bildseitigen numerischen Apertur insbesondere in für den EUV-Bereich ausgelegten Projektionsobjektiven mit einer Vergrößerung der Spiegelflächen sowie -massen einher. Hieraus ergibt sich bei dem anhand von 4 beschriebenen Aufbau in der Praxis das Problem, dass die mit einer Krafteinleitung über die Verbindungselemente 410-460 einhergehenden, unerwünschten bzw. parasitären Momente, welche auf das Spiegelmodul 405 übertragen werden, ebenfalls zunehmen. Diese Momente können wiederum über Deformationen und/oder Verlagerungen der optischen Wirkfläche 405a eine Beeinträchtigung der optischen Eigenschaften bzw. der Leistungsfähigkeit des das Spiegelmodul 405 aufweisenden optischen Systems wie z.B. der Projektionsbelichtungsanlage haben.
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Zum Stand der Technik wird lediglich beispielhaft auf
WO 2005/026801 A2 ,
WO 2008/012336 A1 und
WO 2012/084675 A1 verwiesen.
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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 bei der Aktuierung und/oder Lagerung eines optischen Elements die Minimierung der Einleitung parasitärer Momente bzw. Kräfte 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 Gelenkanordnung zur mechanischen Lagerung des optischen Elements;
- - wobei die Gelenkanordnung eine Mehrzahl von an dem optischen Element festgelegten Verbindungselementen aufweist, wobei diese Verbindungselemente auf einen gemeinsamen Krafteinleitungspunkt an dem optischen Element hin verlaufen; und
- - wobei ein Abstand dieses Krafteinleitungspunktes vom Schwerpunkt des optischen Elements weniger als 50% des mittleren Durchmessers der optischen Wirkfläche des optischen Elements beträgt.
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Der Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, einen gemeinsamen Krafteinleitungspunkt von in einer Baugruppe zur Lagerung und/oder Aktuierung eines optischen Elements vorhandenen Verbindungselementen durch geeignete Auslegung bzw. Anordnung dieser Verbindungselemente derart zu platzieren, dass dieser gemeinsame Krafteinleitungspunkt mit dem Schwerpunkt des optischen Elements zusammenfällt oder in nur geringem Abstand (bezogen z.B. auf den mittleren Durchmesser der optischen Wirkfläche des optischen Elements) zu diesem Schwerpunkt angeordnet ist.
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Diese Ausgestaltung hat u.a. zur Folge, dass unerwünschte parasitäre Momente, welche mit zunehmendem Abstand zwischen Krafteinleitungspunkt einerseits und Schwerpunkt des optischen Elements anderseits auf das optische Element bei erfolgender Krafteinleitung über die Verbindungselemente übertragen werden, reduziert bzw. vorzugsweise vollständig eliminiert werden.
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Konkret werden in der erfindungsgemäßen Baugruppe aufgrund der weitgehenden Übereinstimmung von Schwerpunkt des optischen Elements und gemeinsamem Krafteinleitungspunkt der Verbindungselemente bei Krafteinleitung über besagte Verbindungselemente auftretende, unvermeidliche Rückstellkräfte von dem optischen Element - bei welchem es sich gemäß einer beispielhaften Anwendung der Erfindung um ein Spiegelmodul von u.U. hoher Masse von z.B. 1000kg oder mehr handeln kann - über besagte Verbindungselemente in gerader Linie aufgenommen, ohne das bei vorhandenem Abstand bzw. Hebelarm zwischen Schwerpunkt und Krafteinleitungspunkt erzeugte Momente, welche wiederum mit einer Durchbiegung der Verbindungselemente einhergehen würden, auftreten.
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Mit anderen Worten wird erfindungsgemäß dadurch, dass besagter Hebelarm zwischen gemeinsamem Krafteinleitungspunkt der Verbindungselemente und Schwerpunkt des optischen Elements im Wesentlichen auf Null reduziert wird, auch ein solches Moment auf im Wesentlichen Null reduziert.
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Gemäß einer Ausführungsform beträgt ein Abstand des Krafteinleitungspunktes vom Schwerpunkt des optischen Elements weniger als 30%, insbesondere weniger als 10% des mittleren Durchmessers der optischen Wirkfläche des optischen Elements.
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Gemäß einer Ausführungsform beträgt ein Abstand des Krafteinleitungspunktes vom Mittelpunkt der optischen Wirkfläche des optischen Elements weniger als 50%, insbesondere weniger als 30%, weiter insbesondere weniger als 10% des mittleren Durchmessers der optischen Wirkfläche des optischen Elements. Eine solche Auslegung der Baugruppe mit dem Ziel einer möglichst großen Nähe zwischen dem Schwerpunkt des optischen Elements und dem Mittelpunkt der optischen Wirkfläche ist u.a. bei Justage des optischen Elements bzw. Spiegelmoduls vorteilhaft, da bei Durchführung der zur Einstellung einer gewünschten Verkippung des optischen Elements bzw. Spiegelmoduls erforderlichen Berechnungen nicht noch ein signifikanter Abstand zwischen Schwerpunkt und Mittelpunkt der optischen Wirkfläche mit einbezogen werden muss mit der Folge, dass besagte Justage wesentlich einfacher und schneller durchgeführt werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform weist die Gelenkanordnung wenigstens drei, insbesondere wenigstens vier, weiter insbesondere wenigstens sechs Verbindungselemente auf.
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Gemäß einer Ausführungsform bilden die Verbindungselemente eine Hexapod-Anordnung.
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Gemäß einer Ausführungsform weist jedes der Verbindungselemente jeweils zwei Kreuzgelenke auf.
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Gemäß einer Ausführungsform ist jedem der Verbindungselemente ein zur Ausübung einer Kraft auf das optische Element ausgelegter Aktor zugeordnet. In einer solchen Ausgestaltung kann durch Ausübung jeweils einer steuerbaren Kraft über die einzelnen Aktoren insbesondere eine Verstellung des optischen Elements bzw. Spiegelmoduls in bis zu sechs Freiheitsgraden erzielt werden. Die Erfindung ist jedoch auf die Anwendung bei einem solchen verstellbaren optischen Element bzw. Spiegelmodul nicht beschränkt, sondern auch in einer Baugruppe ohne Vorhandensein solcher Aktoren vorteilhaft anwendbar, in welcher über die erfindungsgemäßen Verbindungselemente z.B. eine isostatische Lagerung des optischen Elements bzw. Spiegelmoduls in sechs Freiheitsgraden realisiert ist.
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Gemäß einer Ausführungsform weist die Baugruppe ferner wenigstens ein Verbindungselement zur Sperrung einer Bewegung des optischen Elements in jeweils einem Freiheitsgrad auf. Auf diese Weise kann eine weitere Reduzierung einer Schwingungsanregung des optischen Elements zur Erzielung einer möglichst robusten Lagerung erreicht werden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das optische Element ein Spiegelmodul. Insbesondere kann dieses Spiegelmodul auch als Facettenspiegel mit einer Mehrzahl von Spiegelfacetten ausgestaltet sein.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das optische Element für eine Arbeitswellenlänge von weniger als 30 nm, insbesondere von weniger als 15 nm, ausgelegt.
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Die Erfindung betrifft weiter ein optisches System einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, welches wenigstens 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:
- 1-3 schematische Darstellungen zur Erläuterung möglicher Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Baugruppe;
- 4 eine schematische Darstellung des möglichen Aufbaus einer herkömmlichen Baugruppe; und
- 5 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des möglichen Aufbaus einer für den Betrieb im EUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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5 zeigt zunächst eine lediglich schematische Darstellung einer für den Betrieb im EUV ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage 510, in welcher die vorliegende Erfindung beispielhaft realisierbar ist.
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Gemäß 5 weist eine Beleuchtungseinrichtung der Projektionsbelichtungsanlage 510 einen Feldfacettenspiegel 513 und einen Pupillenfacettenspiegel 514 auf. Auf den Feldfacettenspiegel 513 wird das Licht einer Lichtquelleneinheit, welche eine Plasmalichtquelle 511 und einen Kollektorspiegel 512 umfasst, gelenkt. Im Lichtweg nach dem Pupillenfacettenspiegel 514 sind ein erster Teleskopspiegel 515 und ein zweiter Teleskopspiegel 516 angeordnet. Im Lichtweg nachfolgend ist ein unter streifendem Einfall betriebener Umlenkspiegel 517 angeordnet, der die auf ihn treffende Strahlung auf ein Objektfeld in der Objektebene eines in 5 lediglich angedeuteten Projektionsobjektivs mit Spiegeln 531-536 lenkt. Am Ort des Objektfeldes ist eine reflektive strukturtragende Maske 531 auf einem Maskentisch 530 angeordnet, die mit Hilfe eines Projektionsobjektivs in eine Bildebene abgebildet wird, in welcher sich ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes Substrat 541 auf einem Wafertisch 40 befindet.
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1 zeigt eine lediglich schematische und stark vereinfachte Darstellung zur Erläuterung des möglichen Aufbaus einer Baugruppe gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
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Die erfindungsgemäße Baugruppe dient zur mechanischen Lagerung und/oder Aktuierung eines optischen Elements, bei welchem es sich lediglich beispielhaft um einen Spiegel oder ein Spiegelmodul einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage (z.B. der Projektionsbelichtungsanlage 510 von 5) handeln kann.
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Gemäß 1 weist eine erfindungsgemäße Baugruppe 100 in einer ersten Ausführungsform (insoweit analog zum herkömmlichen Aufbau von 4) sechs Verbindungselemente 110, 120, 130, 140, 150 und 160 auf, welche von der in 1 angedeuteten „festen Welt“ auf einen gemeinsamen Krafteinleitungspunkt D an dem optischen Element 105 hin verlaufen. Des Weiteren ist gemäß 1 (jedoch ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt wäre) jedem dieser Verbindungselemente 110-160 jeweils ein Aktor 115, 125, 135, 145, 155 bzw. 165 zugeordnet, über welchen über das jeweilige Verbindungselement 110-160 eine steuerbare Kraft auf das optische Element 105 z.B. mit dem Ziel einer Verkippung des optischen Elements 105 bzw. der mit „105a“ bezeichneten optischen Wirkfläche realisierbar ist. Über ebenfalls analog zum herkömmlichen Aufbau von 4a vorhandene, lediglich durch schwarze Punkte angeordnete Kreuzgelenke wird in für sich bekannter Weise eine möglichst geringe Biegesteifigkeit in den nicht entlang der jeweiligen Kraftübertragungsrichtung der Aktoren 115-165 verlaufenden Freiheitsgraden realisiert.
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Erfindungswesentliches Merkmal der in 1 dargestellten Baugruppe 100 ist, dass der gemeinsame Krafteinleitungspunkt D der Verbindungselemente 110-160 mit dem Schwerpunkt S des optischen Elements 105 zusammenfällt oder zumindest in unmittelbarer Nähe hiervon angeordnet ist. In einem quantitativen Kriterium für besagten geringen Abstand kann insbesondere auf den mittleren Durchmesser der optischen Wirkfläche 105 des optischen Elements Bezug genommen werden (wobei in diesem Falle besagter Abstand zwischen dem gemeinsamen Krafteinleitungspunkt D und dem Schwerpunkt S vorzugsweise weniger als 50%, insbesondere weniger als 30%, weiter insbesondere weniger als 10% des besagten mittleren Durchmessers der optischen Wirkfläche 105a beträgt).
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Wenngleich in 1 die Baugruppe 100 derart ausgestaltet ist, dass die Verbindungselemente 110-160 „auf Zug“ belastet sind, ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt. In weiteren Ausführungsformen und insbesondere abhängig von den jeweiligen Bauraumgegebenheiten kann auch (insoweit analog zum herkömmlichen Aufbau von 4) eine um 180° gedrehte räumliche Anordnung gewählt werden, in welcher dann die Verbindungselemente 110-160 am „unteren“, d.h. in Gravitationsrichtung weisenden Endabschnitt des optischen Elements 105 angreifen.
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2 zeigt in ebenfalls schematischer und stark vereinfachter Darstellung eine weitere beispielhafte Ausführungsform, wobei zu 1 analoge bzw. im Wesentlichen funktionsgleiche Komponenten mit um „100“ erhöhten Bezugsziffern bezeichnet sind.
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Die Ausführungsform von 2 unterscheidet sich von derjenigen aus 1 insbesondere dadurch, dass der gemeinsame Krafteinleitungspunkt D der Verbindungselemente 210-260 mit dem Mittelpunkt der optischen Wirkfläche 205a zusammenfällt (oder zumindest in unmittelbarer Nähe hiervon angeordnet ist). Auch hierbei kann in einem quantitativen Kriterium für die Nähe zwischen Krafteinleitungspunkt D und Mittelpunkt der optischen Wirkfläche 205a auf den mittleren Durchmesser der optischen Wirkfläche 205a Bezug genommen werden, wobei vorzugsweise besagter Abstand des Krafteinleitungspunktes D vom Mittelpunkt der optischen Wirkfläche 205a weniger als 50%, insbesondere weniger als 30%, weiter insbesondere weniger als 10% des mittleren Durchmessers der optischen Wirkfläche 205a des optischen Elements 205 beträgt.
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Durch geeignete Ausgestaltung des optischen Elements 205 bzw. Spiegelmoduls kann zusätzlich erreicht werden, dass auch der Abstand zwischen dem gemeinsamen Krafteinleitungspunkt D der Verbindungselemente 210-260 und dem Schwerpunkt S des optischen Elements 205 im Einklang mit dem vorstehend anhand von 1 beschriebenen Konzept minimiert wird.
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3 zeigt eine schematische und stark vereinfachte Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, wobei wiederum im Vergleich zu 2 analoge bzw. im Wesentlichen funktionsgleiche Komponenten mit um „100“ erhöhten Bezugsziffern bezeichnet sind.
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Die Ausführungsform von 3 unterscheidet sich von derjenigen aus 2 dadurch, dass zwei der insgesamt sechs eingezeichneten Verbindungselemente 310-360, nämlich die Verbindungselemente 350 und 360, nicht auf den Krafteinleitungspunkt D hin verlaufen, sondern stattdessen zur Sperrung jeweils eines Freiheitsgrades unter entsprechender Fixierung des optischen Elements 305 verwendet werden. In weiteren Ausführungsformen der Erfindung kann die Zahl der auf den gemeinsamen Krafteinleitungspunkt D hin verlaufenden Verbindungselemente einerseits und der gegebenenfalls zur Sperrung eines Freiheitsgrades verwendeten Verbindungselemente andererseits (z.B. auf jeweils drei oder auch eine andere Anzahl) variiert werden.
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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 102008009600 A1 [0004]
- WO 2005/026801 A2 [0008]
- WO 2008/012336 A1 [0008]
- WO 2012/084675 A1 [0008]
