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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine lastabtragende Haltestruktur. Die Erfindung ist insbesondere in einer Anordnung zur Halterung eines optischen Elementes in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage einsetzbar, jedoch nicht hierauf beschränkt. Die Erfindung ist vielmehr auch in beliebigen anderen Anwendungen vorteilhaft einsetzbar, bei denen eine vorhandene Ungleichverteilung einer mechanischen Spannung innerhalb einer lastabtragende Haltestruktur zumindest teilweise eliminiert werden soll.
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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 (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 Rx, Ry und Rz 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.
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Bei den in Lithographie-Anwendungen typischerweise benötigten geringen Stellwegen (z.B. im einstelligen Millimeterbereich) bei zugleich bestehenden Anforderungen einer hohen Reproduzierbarkeit der Positionierung unter begrenzten Bauraumverhältnissen hat sich z.B. die Verwendung von Festkörpergelenken in Form von Kreuzgelenken (mit jeweils zwei Biegegelenken mit orthogonaler Ausrichtung der Biege- bzw. Kippachsen zueinander) bewährt. Insbesondere kann, wie in 4 schematisch angedeutet, ein stabförmiges Bauteil 400 bzw. Pin in seinen jeweiligen Endabschnitten zwei solcher Kreuzgelenke 410, 420 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, um insoweit keine Biegemomente zu übertragen.
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Ein hierbei in der Praxis auftretendes Problem ist, dass - wie in 5a-5b angedeutet - bei mechanischer Belastung der einer mit derartigen Biegegelenken 511, 512 ausgestalteten Haltestruktur 500 eine asymmetrische Spannungsverteilung in den Biegegelenken 511, 512 auftritt, welche durch die endliche Steifigkeit des zwischen den Biegegelenken 511, 512 befindlichen (gemäß dem Beispiel von 5 durch eine Zwischenplatte 510) gebildeten, sich seinerseits verbiegenden Abschnitts verursacht wird. Im konkreten Beispiel kann etwa gemäß 5b z.B. diese Spannungsverteilung größenordnungsmäßig zwischen Werten von etwa 100MPa in einem Randbereich A und Werten von etwa 500MPa in einem zentralen Bereich B variieren. Diese asymmetrische Spannungsverteilung in den Biegegelenken 511, 512 hat nun wiederum zur Folge, dass aufgrund der in besagter Spannungsverteilung auftretenden lokalen Spannungsspitzen die jeweils durch das verwendete Material vorgegebene maximale Zugfestigkeit nicht optimal ausgenutzt werden kann und somit eine unerwünscht starke Einschränkung der Belastbarkeit der Haltestruktur gegeben ist.
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Zum Stand der Technik wird lediglich beispielhaft auf
WO 2005/026801 A2 und
DE 10 2011 004 299 A1 verwiesen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine lastabtragende Haltestruktur bereitzustellen, welche die Erzielung einer möglichst großen Belastbarkeit bzw. die Ausnutzung der jeweiligen maximalen Zugfestigkeit des verwendeten Materials unter zumindest teilweiser 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 lastabtragende Haltestruktur weist auf
- - wenigstens ein Biegegelenk; und
- - wenigstens eine strukturelle Schwächung, welche durch lokale Steifigkeitsreduktion eine ohne diese strukturelle Schwächung auftretende örtliche Variation einer bei mechanischer Belastung der Haltestruktur in dem Biegegelenk auftretenden mechanischen Spannung reduziert.
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Der Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, durch gezielte Schwächung einer Haltestruktur die sich in wenigstens einem Biegegelenk der Haltestruktur ausbildende mechanische Spannungsverteilung möglichst gleichmäßig einzustellen, mit anderen Worten also die auf das betreffende Biegegelenk bzw. die Haltestruktur einwirkende Last möglichst gleichmäßig zu verteilen. Im Ergebnis können auf diese Weise unerwünschte Spannungsspitzen in der sich in Biegegelenk bzw. Haltestruktur ausbildenden mechanischen Spannungsverteilung vermieden werden, so dass die durch das verwendete Material vorgegebene maximale Zugfestigkeit optimal ausgenutzt werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform wird durch die strukturelle Schwächung für eine vorgegebene mechanische Belastung der Haltestruktur der Maximalwert der in dem Biegegelenk auftretenden mechanischen Spannung im Vergleich zu einer analogen Haltestruktur ohne die strukturelle Schwächung um wenigstens 20%, insbesondere wenigstens 30%, weiter insbesondere um wenigstens 40%, reduziert.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die strukturelle Schwächung in einem zum Biegegelenk benachbarten Bereich ausgebildet.
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Gemäß einer Ausführungsform weist die strukturelle Schwächung wenigstens einen Schlitz, wenigstens eine Senkung oder wenigstens eine Nut auf.
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Gemäß einer Ausführungsform weist das Biegegelenk wenigstens ein Blattfederelement auf.
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Die Erfindung betrifft weiter eine Anordnung zur Halterung eines optischen Elementes in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, wobei die Anordnung eine lastabtragende Haltestruktur mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen aufweist.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das optische Element ein Spiegel.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Anordnung für den Betrieb bei einer Arbeitswellenlänge von weniger als 200nm, insbesondere von weniger als 160nm ausgelegt. Gemäß einer Ausführungsform ist die Anordnung für den Betrieb bei einer Arbeitswellenlänge von weniger als 30nm, insbesondere von weniger als 15nm, ausgelegt.
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Die Erfindung betrifft ferner eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage mit einer erfindungsgemäßen Anordnung.
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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:
- 1-2 schematische Darstellungen zur Erläuterung möglicher Ausführungsformen der Erfindung;
- 3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des möglichen Aufbaus einer für den Betrieb im EUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage;
- 4 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
- 5 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines bei einer herkömmlichen lastabtragenden Haltestruktur auftretenden Problems.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 zeigt zunächst eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
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Gemäß 1 weist eine lastabtragende Haltestruktur 100 zwei Biegegelenke 111, 112 mit zueinander orthogonaler Ausrichtung der Biege- bzw. Kippachsen auf. Ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt wäre, kann es sich bei der Haltestruktur z.B. um einen Hexapodstab zur isostatischen Lagerung eines Spiegels bzw. Spiegelmoduls in einer (z.B. für den EUV-Bereich ausgelegten) mikrolithograpischen Projektionsbelichtungsanlage handeln.
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Die erfindungsgemäße lastabtragende Haltestruktur 100 weist gemäß 1 strukturelle Schwächungen 131, 132 auf, welche im Ausführungsbeispiel als Schlitze ausgestaltet und jeweils in einem zu einem der Biegegelenke 111, 112 benachbarten Bereich ausgebildet sind. Konkret sind diese Schlitze derart angeordnet, dass im Bereich maximaler mechanischer Spannungen eine Entlastung erzielt wird mit der Folge, dass eine unerwünschte Ungleichverteilung so weit wie möglich eliminiert wird. Die durch die Schlitze ausgebildeten strukturellen Schwächungen 131, 132 bewirken somit, dass bei (in 1 angedeuteter) mechanischer Zugbelastung der Haltestruktur unerwünschte Spannungsspitzen in der sich in den Biegegelenken 111, 112 bzw. der Haltestruktur ausbildenden mechanischen Spannungsverteilung vermieden werden, so dass die durch das verwendete Material vorgegebene maximale Zugfestigkeit optimal ausgenutzt werden kann.
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Im konkreten Ausführungsbeispiel kann etwa eine Reduzierung der maximalen mechanischen Spannung im Vergleich zu dem Wert von ca. 500MPa auf einen Wert von weniger als 400MPa erzielt werden, wobei dieser kleinere Wert dann im Wesentlichen gleichmäßig über die gesamten Biegegelenke 111, 112 hinweg auftritt. Die auf das betreffende Biegegelenk bzw. die Haltestruktur einwirkende Last wird demnach im Wesentlichen gleichmäßig verteilt.
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Die vorstehend anhand von 1 beschriebenen strukturellen Schwächungen zur Erzielung einer Gleichverteilung der mechanischen Spannung können mit anderen Maßnahmen, wie z.B. zur Erhöhung der Torsionssteifigkeit in eine Strebe bzw. Haltestruktur eingebrachten schräg verlaufenden Schlitzen und/oder mit einer Anordnung von Biegeelementen in ein- und derselben Ebene, kombiniert werden.
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2 zeigt in lediglich schematischer Darstellung eine weitere Ausführungsform. Gemäß 2 sind Biegegelenke 211, 212 im Wesentlichen in einer gemeinsamen Ebene angeordnet. Die erfindungsgemäße strukturelle Schwächung zur Erzielung der vorstehend beschriebenen Gleichverteilung der mechanischen Spannung ist gemäß 2 als (Entlastungs-)Senkung ausgestaltet. In weiteren Ausführungsformen kann die strukturelle Schwächung auch in beliebiger anderer Weise ausgestaltet sein.
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3 zeigt eine lediglich schematische Darstellung einer für den Betrieb im EUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage 310, in welcher die vorliegende Erfindung beispielhaft realisierbar ist. Diese beispielhafte Anwendung der 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.
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Gemäß 3 weist eine Beleuchtungseinrichtung der Projektionsbelichtungsanlage 310 einen Feldfacettenspiegel 313 und einen Pupillenfacettenspiegel 314 auf. Auf den Feldfacettenspiegel 313 wird das Licht einer Lichtquelleneinheit, welche eine Plasmalichtquelle 311 und einen Kollektorspiegel 312 umfasst, gelenkt. Im Lichtweg nach dem Pupillenfacettenspiegel 314 sind ein erster Teleskopspiegel 315 und ein zweiter Teleskopspiegel 316 angeordnet. Im Lichtweg nachfolgend ist ein unter streifendem Einfall betriebener Umlenkspiegel 317 angeordnet, der die auf ihn treffende Strahlung auf ein Objektfeld in der Objektebene eines in 3 lediglich angedeuteten Projektionsobjektivs mit Spiegeln 331-336 lenkt. Am Ort des Objektfeldes ist eine reflektive strukturtragende Maske 31 auf einem Maskentisch 330 angeordnet, die mit Hilfe eines Projektionsobjektivs in eine Bildebene abgebildet wird, in welcher sich ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes Substrat 341 auf einem Wafertisch 340 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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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2005/026801 A2 [0006]
- DE 102011004299 A1 [0006]
