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Die Erfindung betrifft einen Spiegel für eine Projektionsbelichtungsanlage, eine Projektionsoptik und eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleitertechnologie.
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Derartige Anlagen werden zur Erzeugung feinster Strukturen, insbesondere auf Halbleiterbauelementen oder anderen mikrostrukturierten Bauteilen verwendet. Das Funktionsprinzip der genannten Anlagen beruht dabei darauf, mittels einer in der Regel verkleinernden Abbildung von Strukturen auf einer Maske, mit einem sogenannten Reticle, auf einem mit photosensitivem Material versehenen zu strukturierenden Element feinste Strukturen bis in den Nanometerbereich zu erzeugen. Die minimalen Abmessungen der erzeugten Strukturen hängen dabei direkt von der Wellenlänge des verwendeten Lichtes ab. In jüngerer Zeit werden vermehrt Lichtquellen mit einer Emissionswellenlänge im Bereich weniger Nanometer, beispielsweise zwischen 1 nm und 120 nm, insbesondere im Bereich von 13,5 nm verwendet. Der beschriebene Wellenlängenbereich wird auch als EUV-Bereich bezeichnet. Die zur Abbildung verwendeten optischen Komponenten für die beschriebene Anwendung, insbesondere Spiegel, müssen daher schnell und mit höchster Präzision positioniert werden, um eine ausreichende Abbildungsqualität gewährleisten zu können. Dies bedeutet, dass die Regelung der Spiegel über eine große Bandbreite verfügen muss. In der neuesten Generation von EUV-Systemen sind im Gegensatz zu bisherigen Systemen Spiegel derart angeordnet, dass deren Normale auf der optisch aktiven Fläche stark gegenüber der Wirkrichtung der Schwerkraft abweicht oder sogar nahezu in einem Winkel von 90° dazu verläuft. Dadurch können die mit Gewichtskraftkompensatoren ausgebildeten Manipulatoren nicht mehr, wie bei den bisherigen Systemen üblich an der Rückseite der Spiegel angreifen, sondern müssen in dem Randbereich der Spiegel in unmittelbarer Nähe der optischen Fläche angeordnet werden. Dies hat den Nachteil, dass die Spiegeldicke, welche durch die verwendeten Fertigungsverfahren limitiert ist, durch die Aussparungen für die Aktuatoren des Manipulators stark reduziert wird und die Wandstärke im Bereich der optisch aktiven Fläche so gering ist, dass die resultierende Steifigkeit des Spiegels erheblich verringert wird. Dadurch besteht die Gefahr, dass die für die Genauigkeit der Regelung geforderte Bandbreite nicht mehr erreicht werden kann.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung bereitzustellen, welche die oben beschriebenen Nachteile des Standes der Technik beseitigt.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einem Spiegel mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen und Varianten der Erfindung.
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Ein erfindungsgemäßer Spiegel für eine Projektionsbelichtungsanlage umfasst einen Manipulator, wobei der Manipulator seinerseits mindestens einen Bipod und mindestens einen Gewichtskraftkompensator umfasst. Dabei ist der mindestens eine Bipod derart angeordnet, dass die durch die Wirkrichtung von zwei von dem Bipod umfassten Aktuatoren aufgespannte Bipodebene nicht parallel zur Wirkrichtung der Schwerkraft ausgebildet ist. Dies hat den Vorteil, dass die Menge an Material, die zur Aufnahme der Bipoden aus dem Spiegelgrundkörper des Spiegels entfernt werden muss, auf ein Minimum reduziert werden kann. Dies führt wiederum zu einer größeren möglichen Bandbreite der Regelung und damit einer höheren Positioniergenauigkeit auf kurzen Zeitskalen.
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Weiterhin kann der Anteil der Wirkrichtung der Aktuatoren des Bipods in Richtung der Schwerkraft für beide Aktuatoren identisch sein. Der Winkel zwischen der Wirkrichtung der Aktuatoren und der Wirkrichtung der Schwerkraft ist also für beide Aktuatoren gleich, wodurch die Regelung des Manipulators vereinfacht wird.
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Daneben kann der Anteil der Wirkrichtung der Aktuatoren des Bipods in Richtung der Schwerkraft für beide Aktuatoren voneinander abweichen.
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In einer weiteren Ausführungsform können die Aktuatoren des Bipods und der Gewichtskraftkompensator an einem gemeinsamen Kraftangriffspunkt angreifen. Dies hat den Vorteil, dass die Aktuatoren den Gewichtskraftkompensator unterstützen können, ohne dabei zusätzliche Momente und daraus resultierend Deformationen in den Spiegel einzutragen.
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Insbesondere kann der Kraftangriffspunkt in der neutralen Ebene des Spiegels angeordnet sein. Unter einer neutralen Ebene ist in diesem Zusammenhang die Ebene des Spiegels zu verstehen, in welcher bei einer Belastung durch eine Kraft die geringsten Spannungen im Spiegelkörper entstehen. Die neutrale Ebene kann mit Hilfe einer Simulation mit einem Finite-Element-Modell bestimmt werden. sie ist mit der neutralen Faser bei einem Biegebalken vergleichbar.
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In einer weiteren Ausführungsform kann der Bipod den Gewichtskraftkompensator umfassen. Dies bedeutet, dass der Gewichtskraftkompensator in den Bipod integriert ist, also beispielsweise in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein kann, oder eine gemeinsame Anbindung an den Spiegel verwendet werden kann.
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Weiterhin kann der Manipulator drei Bipoden umfassen. Diese als Hexapoden bekannte Anordnung hat den Vorteil, dass der Spiegel statisch bestimmt auf den drei Anbindungspunkten der Bipoden gelagert ist, was wiederum eine Vereinfachung der Regelung der Position und Ausrichtung des Spiegels zur Folge haben kann.
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Insbesondere können die Aktuatoren eines Bipods derart angeordnet sein, dass der Winkel zwischen den in eine Ebene senkrecht zur Wirkrichtung der Schwerkraft projizierten Wirkrichtungen der Aktuatoren weniger als 180°, insbesondere zwischen 100° und 120°, beispielsweise ca. 105° beträgt.
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In einer Variante der Erfindung können mindestens zwei Bipodebenen nicht parallel zur Wirkrichtung der Schwerkraft liegen. Durch diese Anordnung kann bei einem schräg gestellten Spiegel, also einem Spiegel, dessen optisch aktive Fläche nicht senkrecht zur Wirkrichtung der Schwerkraft angeordnet ist, eine Symmetrie in der Anordnung der Bipoden hergestellt werden.
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Daneben kann der Schwerpunkt des Spiegels derart angeordnet sein, dass eine Schwerpunktebene durch den Schwerpunkt und eine Achse durch zwei der drei Angriffspunkte der Bipoden in einer Nullposition des Spiegels parallel zur Wirkrichtung der Schwerkraft liegt. Unter der Nullposition des Spiegels ist in diesem Zusammenhang die Position zu verstehen, in der der Spiegel nominell an der für eine fehlerfreie Abbildung richtigen Position steht. Dies hat den Vorteil, dass ein Spiegel, dessen optisch aktive Fläche nahezu oder genau parallel zur Wirkrichtung der Schwerkraft ausgebildet ist, auf zwei der drei Bipoden gelagert werden kann. Dabei können die beiden Bipoden je einen Gewichtskraftkompensator umfassen, die derart ausgebildet sind, dass sie das gesamte Gewicht des Spiegels kompensieren. Der dritte Bipod kann in diesem Fall ohne Gewichtskraftkompensator auskommen und hält den Spiegel durch die Aktuatoren, deren Bipodebene senkrecht zur Wirkrichtung der Schwerkraft liegen kann, im Gleichgewicht.
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In einer weiteren Ausführungsform kann die Erfindung eine Projektionsoptik für eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleitertechnologie mit einem Spiegel nach einem der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele einschließen.
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In einer weiteren Ausführungsform kann die Erfindung eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleitertechnologie mit einem Spiegel nach einem der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele einschließen.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele und Varianten der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
- 1 ein prinzipiellen Aufbau einer Projektionsbelichtungsanlage, in der die Erfindung verwirklicht sein kann,
- 2a, b je eine Darstellung der Wirkrichtungen der Aktuatoren und Gewichtskraftkompensatoren aus unterschiedlichen Ansichten aus dem Stand der Technik,
- 3a-c eine Darstellung der Wirkrichtungen von Aktuatoren und Gewichtskraftkompensatoren an einem schräg zur Schwerkraft ausgerichteten Spiegel, und
- 4a, b eine Darstellung der Wirkrichtungen von Aktuatoren und Gewichtskraftkompensatoren an einem parallel zur Schwerkraft ausgerichteten Spiegel.
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1 zeigt exemplarisch den prinzipiellen Aufbau einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage 1 für die Mikrolithographie, in welcher die Erfindung Anwendung finden kann. Ein Beleuchtungssystem der Projektionsbelichtungsanlage 1 weist neben einer Lichtquelle 3 eine Beleuchtungsoptik 4 zur Beleuchtung eines Objektfeldes 5 in einer Objektebene 6 auf. Eine durch die Lichtquelle 3 erzeugte EUV-Strahlung 14 als optische Nutzstrahlung wird mittels eines in der Lichtquelle 3 integrierten Kollektors derart ausgerichtet, dass sie im Bereich einer Zwischenfokusebene 15 einen Zwischenfokus durchläuft, bevor sie auf einen Feldfacettenspiegel 2 trifft. Nach dem Feldfacettenspiegel 2 wird die EUV-Strahlung 14 von einem Pupillenfacettenspiegel 16 reflektiert. Unter Zuhilfenahme des Pupillenfacettenspiegels 16 und einer optischen Baugruppe 17 mit Spiegeln 18, 19 und 20 werden Feldfacetten des Feldfacettenspiegels 2 in das Objektfeld 5 abgebildet.
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Beleuchtet wird ein im Objektfeld 5 angeordnetes Retikel 7, das von einem schematisch dargestellten Retikelhalter 8 gehalten wird. Eine lediglich schematisch dargestellte Projektionsoptik 9 dient zur Abbildung des Objektfeldes 5 in ein Bildfeld 10 in eine Bildebene 11. Abgebildet wird eine Struktur auf dem Retikel 7 auf eine lichtempfindliche Schicht eines im Bereich des Bildfeldes 10 in der Bildebene 11 angeordneten Wafers 12, der von einem ebenfalls ausschnittsweise dargestellten Waferhalter 13 gehalten wird. Die Lichtquelle 3 kann Nutzstrahlung insbesondere in einem Wellenlängenbereich zwischen 1 nm und 120 nm emittieren.
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Die Erfindung kann ebenso in einer DUV-Anlage verwendet werden, die nicht dargestellt ist. Eine DUV-Anlage ist prinzipiell wie die oben beschriebene EUV-Anlage 1 aufgebaut, wobei in einer DUV-Anlage Spiegel und Linsen als optische Elemente verwendet werden können und die Lichtquelle einer DUV-Anlage eine Nutzstrahlung in einem Wellenlängenbereich von 100 nm bis 300 nm emittiert.
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2a zeigt eine aus dem Stand der Technik bekannte Anordnung eines Spiegels 30 mit einem Hexapoden 37, wobei der Spiegel 30 in einer Draufsicht dargestellt ist. Die Wirkrichtung 49 der Schwerkraft wirkt in die Zeichenebene, wobei der Spiegel 30 parallel zur Zeichenebene angeordnet ist. An jeder der drei Ecken des Spiegels 30 ist ein Bipod 38.x des Hexapoden 37 angeordnet, wobei jeder Bipod 38.x zwei Aktuatoren 39.x und einen Gewichtskraftkompensator 36.x umfasst. Die Wirkrichtung 42.x der Gewichtskraftkompensatoren 36.x ist gegenüber der Wirkrichtung 49 der Schwerkraft des Spiegels 30 um 180° verdreht und kompensiert so das Gewicht des Spiegels 30. Die jeweils zwei Aktuatoren 39.x der Bipoden 38.x sind derart angeordnet, dass die von den Wirkrichtungen 41.x der Aktuatoren 39.x aufgespannte Ebene, die im Folgenden als Bipodebene 43.x bezeichnet wird, parallel zur Wirkrichtung 42.x der Gewichtskraftkompensatoren 36.x ausgebildet ist. Der in der Ebene der Spiegelvorderseite 33, auf der auch die optisch aktive Fläche 34 angeordnet ist, wirkende Anteil der beiden Aktuatoren 39.x liegt auf einer Achse, die entsprechenden Anteile der Wirkrichtungen liegen also um 180° verdreht zueinander.
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2b zeigt dieselbe aus dem Stand der Technik bekannte Anordnung eines Spiegels 30 wie in 2a, wobei dieser in 2b in einer Seitenansicht dargestellt ist. Die Spiegelvorderseite 33 mit der optisch aktiven Fläche 34 ist nach oben gerichtet, ebenso wie die Wirkrichtung 42.2, 42.3 der Gewichtskraftkompensatoren 36.2, 36.3, die jeweils als breiter Pfeil dargestellt ist, welche der Wirkrichtung 49 der Schwerkraft entgegen wirken. Der in der 2b auf der linken Seite dargestellte Bipod 38.3 entspricht dem in 2a auf der linken Seite dargestellten Bipod 38.3 in Blickrichtung IIb1 in der 2a. Die Wirkrichtung 41.5 des Aktuators 39.5 liegt in der Projektion auf der Wirkrichtung 42.3 des Gewichtskraftkompensators 36.3. Der auf der rechten Seite der 2b dargestellte Bipod 38.2 entspricht dem in 2a auf der rechten Seite unten dargestellten Bipod 38.2 in Blickrichtung IIb2 in der 2a. Die Wirkrichtungen 41.3, 41.4 der beiden Aktuatoren 39.3, 39.4 des Bipods 38.2 sind um 45° zur Wirkrichtung 42 des Gewichtskraftkompensators 36.2 verdreht. Die Aktuatoren 39.3, 39.4, 39.5, 39.6 und die Gewichtskraftkompensatoren 36.2, 36.3 eines Bipods 38.2, 38.3 greifen an einem Kraftangriffspunkt 40.2, 40.3 an, der in einer neutralen Ebene 31 des Spiegels 30 angeordnet ist. Die neutrale Ebene 31 des Spiegels 30 ist die Ebene, in der die Spannungen durch den Krafteintrag im Spiegel am kleinsten sind. Diese ist mit der neutralen Faser bei einem klassischen Biegebalken vergleichbar und kann durch Finite-Elemente-Simulationen bestimmt werden. Die Anordnung der Aktuatoren 39.x in einem Winkel von 120°, wie in 2a und 2b dargestellt, vereinfacht die Regelung der Position und der Ausrichtung des Spiegels 30 vorteilhaft.
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3a zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Spiegels 30, wobei die Spiegelrückseite 35 in einer Draufsicht dargestellt ist. Die durch die Spiegelvorderseite aufgespannte Ebene des Spiegels 30 mit der optisch aktiven Fläche 34 (gestrichelt dargestellt), ist gegenüber der Wirkrichtung 49 der Schwerkraft, die in der 3a in die Zeichenebene hinein gerichtet ist, in einem Winkel von 40° verdreht. Der Winkel wird durch das optische Design bestimmt und kann von einem Winkel von 90° (siehe Beschreibung 2a und 2b) bis hin zu einem Winkel von 0° variieren, wobei die Spiegel 30 auf den Bipoden aufliegen oder an ihnen hängen können. An dem vom Spiegel 30 umfassten Spiegelgrundkörper 44 ist im oberen Bereich der 3a eine über die gesamte Breite des Spiegels 30 verlaufende Aussparung 32.1 ausgebildet, auf der ein Bipod 38.1 angeordnet ist. Der Bipod 38.1 entspricht der in 2a und 2b beschriebenen Anordnung, also einem Gewichtskraftkompensator 36.1 und zwei Aktuatoren 39.1, 39.2, deren in die Zeichenebene projizierte Wirkrichtungen 41.1, 41.2 unter einem Winkel von 180° zueinander ausgerichtet sind. Die Bipoden 38.2, 38.3 weichen dagegen mit Ihrer Anordnung von der des Bipods 38.1 ab. Die Gewichtskraftkompensatoren 36.2, 36.3 wirken weiterhin entgegen der Wirkrichtung 49 der Schwerkraft. Die Wirkrichtung 41.x der Aktuatoren 39.3, 39.4 und 39.5, 39.6 der Bipoden 38.2, 38.3 sind dagegen in der auf die Zeichenebene projizierten Richtung nicht mehr 180° zueinander ausgerichtet. Dadurch sind die für die Bipoden 38.2, 38.3 ausgebildeten Aussparungen 32.2, 32.3 kleiner, wodurch die Dicke des Spiegels 30 insbesondere im Bereich der gestrichelt eingezeichneten optisch aktiven Fläche 34 vergleichbar zu den in 2a und 2b dargestellten, aus dem Stand der Technik bekannten Spiegeln 30 ist und zu einer erhöhten Steifigkeit des Spiegels 30 gegenüber einer Anordnung von in 2a und 2b beschriebenen Bipoden 38.1-38.3 (gestrichelt dargestellt) führt. Durch die erhöhte Steifigkeit kann die Bandbreite der Regelung höher gewählt werden, was zu einer Verbesserung der Regelbarkeit des Spiegels 30 führt. Die Dicke des Spiegels 30 im Bereich der optisch aktiven Fläche 34 minimiert die Deformation der optisch aktiven Fläche durch die Stellkräfte der Aktuatoren 39.x zusätzlich.
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3b zeigt den Spiegel 30 der 3a, wobei der Spiegel 30 mit den Aussparungen 32.1, 32.2 in einer Seitenansicht dargestellt ist. Die Aussparungen 32.1, 32.2 sind als Stufen in dem Spiegelgrundkörper 44 ausgebildet, auf denen die Bipoden 38.1, 38.2 mit ihren Gewichtskraftkompensatoren 36.1, 36.2 und den Aktuatoren 39.1, 39.2, 39.3, 39.4 angeordnet sind, wobei der Aktuator 39.2 durch den Aktuator 39.1 in der 3b verdeckt wird. Diese greifen an den auf der neutralen Ebene 31 angeordneten Kraftangriffspunkten 40.1, 40.2 an. Der Spiegel 30 hängt an den Bipoden 38.x, die Wirkrichtung 49 der Schwerkraft verläuft also in Richtung der optisch aktiven Fläche 34 nach unten.
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3c zeigt eine Darstellung des Spiegels 30, die ihn in einer Ansicht von unten dargestellt, so dass die Wirkrichtung der Schwerkraft 49 aus der Zeichenebene heraus zeigt. Weiterhin sind die Wirkrichtungen 41.x, 42.x der Gewichtskraftkompensatoren 36.x und Aktuatoren 39.x, des in den 3a und 3b dargestellten Spiegels, dargestellt. Während die von den Wirkrichtungen 41.1, 41.2 der Aktuatoren 39.1, 39.2 des ersten Bipods 36.1 aufgespannte Bipodebene 43.1 parallel zur Wirkrichtung 49 der Schwerkraft verläuft, sind die durch die Wirkrichtungen 41.3, 41.4, 41.5, 41.6 der Aktuatoren 39.3, 39.4, 39.5, 39.6 der beiden anderen Bipoden 36.2, 36.3 aufgespannten Bipodebenen 43.2, 43.3 zur Wirkrichtung 49 der Schwerkraft verkippt. Dies führt in der Zeichenebene zu einer resultierenden Kraft 48.1, 48.2 (gestrichelt dargestellt) in Richtung des Spiegels 30, welche bei der Regelung der Position und Ausrichtung des Spiegels 30 berücksichtigt werden muss.
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4a, 4b zeigt eine Darstellung der Wirkrichtungen 41.x, 42.x von den Aktuatoren und den Gewichtskraftkompensatoren der Bipoden an einem parallel zur Wirkrichtung 49 der Schwerkraft ausgerichteten Spiegel 30. Aktuatoren, Gewichtskraftkompensatoren und Bipoden sind zur besseren Übersichtlichkeit in den 4a und 4b nicht dargestellt.
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4a zeigt einen Spiegel 30, der in einer Seitenansicht dargestellt ist. Die Wirkrichtung 42.2 des Gewichtskompensators eines ersten Bipoden, welcher in Richtung 49 der Schwerkraft an der unteren Seitenfläche 45 des Spiegels 30 angeordnet ist, wirkt entgegen der Wirkrichtung 49 der Schwerkraft und trägt mit einem ebenfalls an der unteren Seitenfläche 45 des Spiegels 30 angeordneten Gewichtskraftkompensator eines zweiten Bipoden das gesamte Gewicht des Spiegels 30. Der an der Spiegelrückseite 35 angeordnete dritte Bipod umfasst lediglich zwei Aktuatoren, aber keinen Gewichtskraftkompensator. Die Wirkrichtung 41.1, 41.2 der Aktuatoren des dritten Bipods, die im Kraftangriffspunkt 40.1 angreifen, verläuft senkrecht zur Wirkrichtung 49 der Schwerkraft, die Bipodebene 43.1 ist also um 90° gegenüber der Wirkrichtung 42.2, 42.3 der Gewichtskraftkompensatoren der beiden an der Unterseite des Spiegels angeordneten Bipoden verkippt. Die Aktuatoren halten den Spiegel 30 beim Positionieren und Ausrichten im Gleichgewicht, kompensieren also das Moment, welches durch eine Verschiebung des Schwerpunktes 46 aus der durch die Wirkrichtung 49 der Schwerkraft und der Achse durch die beiden Kraftangriffspunkte 40.2, 40.3 der Gewichtskraftkompensatoren aufgespannten Schwerpunktebene 47 verursacht wird.
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4b zeigt den in 4a dargestellten Spiegel 30, welcher in einer Ansicht von oben dargestellt ist. Die Wirkrichtungen 42.1, 42.2 der beiden Gewichtskraftkompensatoren zeigen aus der Zeichenebene heraus. Die Wirkrichtungen 41.3, 41.4, 41.5, 41.6 der Aktuatoren der beiden Bipoden mit Gewichtskraftkompensator spannen die Bipodebenen 43.2, 43.3 parallel zur Wirkrichtung 49 der Schwerkraft auf, wogegen die Wirkrichtungen 41.1, 41.2 der Aktuatoren des dritten Bipods ohne Gewichtskraftkompensator eine Bipodebene 43.1 aufspannen, die senkrecht zur Wirkrichtung 49 der Schwerkraft wirkt. Der Schwerpunkt 46 des Spiegels 30 liegt auf der Schwerpunktebene 47, der Spiegel 30 ist also im Gleichgewicht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Projektionsbelichtungsanlage
- 2
- Feldfacettenspiegel
- 3
- Lichtquelle
- 4
- Beleuchtungsoptik
- 5
- Objektfeld
- 6
- Objektebene
- 7
- Retikel
- 8
- Retikelhalter
- 9
- Projektionsoptik
- 10
- Bildfeld
- 11
- Bildebene
- 12
- Wafer
- 13
- Waferhalter
- 14
- EUV-Strahlung
- 15
- Zwischenfeldfokusebene
- 16
- Pupillenfacettenspiegel
- 17
- Baugruppe
- 18
- Spiegel
- 19
- Spiegel
- 20
- Spiegel
- 30
- Spiegel
- 31
- neutrale Ebene
- 32.1-32.3
- Aussparung
- 33
- Spiegelvorderseite
- 34
- optisch aktive Fläche
- 35
- Spiegelrückseite
- 36.1 - 36.3
- Gewichtskraftkompensator
- 37.1 - 37.3
- Hexapoden
- 38.1 - 38.3
- Bipod
- 39.1 - 39.6
- Aktuator
- 40.1 - 40.3
- Kraftangriffspunkt
- 41.1 - 41.6
- Wirkrichtung Aktuator
- 42.1 - 42.3
- Wirkrichtung Gewichtskraftkompensator
- 43.1 - 43.1
- Bipodebene
- 44
- Spiegelgrundkörper
- 45
- Seitenfläche
- 46
- Schwerpunkt
- 47
- Schwerpunktebene
- 48.1, 48.2
- resultierende Kraft
- 49
- Wirkrichtung der Schwerkraft
