DE102020201774A1

DE102020201774A1 - Optische Baugruppe mit Kompensationselement und Projektionsbelichtungsanlage

Info

Publication number: DE102020201774A1
Application number: DE102020201774.3A
Authority: DE
Inventors: Andreas Raba; Johannes Lippert; Markus Raab
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2020-02-13
Filing date: 2020-02-13
Publication date: 2021-08-19
Also published as: US20220382165A1; EP4104021A2; CN115698859A; WO2021160712A3; WO2021160712A2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine optische Baugruppe (30) mit einem optischen Element (31) und einem Aktuator (33) zur Deformation des optischen Elementes (31) für die Halbleiterlithographie, wobei die optische Baugruppe (30) ein Kompensationselement (40) zur Kompensation einer durch eine Temperaturänderung bewirkte Geometrieänderung des Aktuators (33) umfasst.Weiterhin betrifft die Erfindung eine Projektionsbelichtungsanlage (1) für die Halbleitertechnik, umfassend eine optische Baugruppe (30) nach einem der beschriebenen Ausführungsbeispiele.

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Baugruppe, insbesondere eine optische Baugruppe für eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie sowie eine mit einer entsprechenden Baugruppe ausgestattete Projektionsbelichtungsanlage.
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, einem sogenannten Wafer, 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 mikrostrukturierten Bauteile werden außer mit EUV-Systemen auch mit den im Markt etablierten DUV-Systemen mit einer Wellenlänge zwischen 100nm und 400nm, insbesondere von 193nm hergestellt. Durch die Einführung des EUV-Bereichs und damit der Möglichkeit noch kleinere Strukturen herstellen zu können, sind auch die Anforderungen an die optische Korrektur der DUV-Systeme mit einer Wellenlänge von 193nm weiter gestiegen. Ergänzend steigen mit jeder neuen Generation von Projektionsbelichtungsanlagen, unabhängig von der Wellenlänge, zur Steigerung der Wirtschaftlichkeit der Durchsatz, was typischerweise zu einer stärkeren thermischen Belastung und damit zu steigenden thermal verursachten Abbildungsfehlern führt. Zur Korrektur der Abbildungsfehler können unter anderem Manipulatoren verwendet werden, die die Position und Ausrichtung der optischen Elemente verändern oder aber die Abbildungseigenschaften der optischen Elemente, insbesondere von Spiegeln, durch Deformation der optisch aktiven Flächen beeinflussen. Der Nachteil der bekannten Lösungen für deformierbare Spiegel ist, dass eine durch eine Temperaturänderung bewirkte Geometrieänderung der verwendeten Aktuatoren im Bereich der für die Korrektur der Abbildung benötigten Verfahrwege liegt, wodurch der Verfahrweg zur Korrektur der Abbildung nicht mehr ausreichend ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine optische Baugruppe und eine Projektionsbelichtungsanlage bereitzustellen, welche die oben beschriebenen Nachteile des Standes der Technik beseitigt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine optische Baugruppe mit Merkmalen des unabhängigen Anspruchs. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen und Varianten der Erfindung.
Eine erfindungsgemäße optische Baugruppe mit einem optischen Element und einem Aktuator zur Deformation eines optischen Elementes für die Halbleiterlithographie umfasst weiterhin ein Kompensationselement zur Kompensation einer durch eine Temperaturänderung bewirkte Geometrieänderung des Aktuators.
Dabei kann das Kompensationselement eine von dem Aktuator abweichende Wärmeausdehnung besitzen. In diesem Zusammenhang ist unter einer Wärmeausdehnung zu verstehen, dass sich die Geometrie eines Elementes im Ganzen bei einer Temperaturänderung verändert, sich also beispielsweise die Länge des Elementes vergrößert oder verringert. Die Wärmeausdehnung eines Elementes ist also analog zu dem Wärmeausdehnungskoeffizienten eines Materials zu verstehen.
Weiterhin kann das Kompensationselement eine Wärmeausdehnung mit einem umgekehrten Vorzeichen wie die Wärmeausdehnung des Aktuators besitzen.
Insbesondere kann das Kompensationselement eine negative Wärmeausdehnung besitzen. So kann sich die räumliche Ausdehnung des Kompensationselementes bei einer positiven Temperaturänderung mindestens in eine Raumrichtung verkleinern, sich also beispielsweise die Länge des Kompensationselementes verringern.
Weiterhin kann der Aktuator elektrostriktive und/oder piezoelektrische und/oder magnetostriktive Elemente umfassen. Es sind prinzipiell auch andere Arten von Aktuatoren denkbar, die sich für eine Anwendung in der Halbleitertechnik, insbesondere in Projektionsbelichtungsanlagen für die Halbleitertechnik eignen.
In einer Variante der Erfindung kann das Kompensationselement zwischen dem optischen Element und dem Aktuator angeordnet sein. Das Kompensationselement kann beispielsweise eine Platte aus einem Material mit einem negativen Wärmeausdehnungskoeffizienten sein, die zwischen das optische Element, wie beispielsweise einen Spiegel einer Projektionsbelichtungsanlage, und dem Aktuator, wie beispielsweise einen elektrostriktiven Antrieb, angeordnet ist. Es sind grundsätzlich auch Aktuatoren denkbar, die einen negativen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. In diesem Fall müsste das Kompensationselement selbstverständlich den gegensätzlichen, also einen positiven Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen.
In einer weiteren Variante der Erfindung kann der Aktuator das Kompensationselement umfassen. Das Kompensationselement kann also in dem Aktuator integriert sein.
Dabei kann der Aktuator schichtweise aufgebaut sein. Dadurch kann zwischen jeder der einzelnen Schichten eine Elektrode eingebracht werden, was zu einer Verstärkung des elektrischen oder magnetischen Feldes im elektrostriktiven, piezoelektrischen oder magnetostriktiven Material führen kann.
Weiterhin kann das Kompensationselement mehrere Schichten umfassen. Dies hat den Vorteil, dass unterschiedliche Materialien in einem Kompensationselement kombiniert werden können und so die Wärmeausdehnung eingestellt werden kann.
Insbesondere kann der Aktuator derart aufgebaut sein, dass sich die Schichten aus elektrostriktivem Material und die Schichten aus Material des Kompensationselementes abwechseln. Dadurch kann der Herstellungsprozess des Aktuators nahezu unverändert bleiben. Neben dem elektrostriktiven Material können die Schichten des Aktuators auch piezoelektrisches und/oder magnetostriktives Material umfassen.
Dabei können zwischen den einzelnen Schichten Elektroden angeordnet sein.
In einer Ausführungsform der Erfindung können die Elektroden derart angeordnet sein, dass sich über die Schichten des Kompensationselementes kein elektrisches Feld ausbilden kann. Dies hat den Vorteil, dass kein elektrisches oder magnetisches Feld auf das Material des Kompensationselementes wirkt und so eine Veränderung der Geometrie des Kompensationselementes durch Einwirkung des elektrischen oder magnetischen Elementes vermieden werden kann.
Weiterhin kann der Aktuator derart aufgebaut sein, dass das Kompensationselement in Form von mehreren Einzelelementen im Material des Aktuators eingebettet sein kann. Das Kompensationselement kann beispielsweise in Form von kugelförmigen Elementen in das Material des Aktuators eingebettet sein. Diese können vorgesintert werden und dann mit dem Pulver des Aktuators vor dem Sinterprozess des Aktuators vermengt werden.
Daneben können der Aktuator und das Kompensationselement zusammen derart ausgebildet sein, dass bei einer Temperaturänderung zumindest in der Wirkrichtung des Aktuators keine Geometrieänderung auftreten kann. Damit erfährt bei einer Temperaturänderung der optischen Baugruppe das optische Element durch den Aktuator und das Kompensationselement keine oder nur eine vernachlässigbare Deformation. Neben der Wärmeausdehnung des Aktuators und des Kompensationselementes gehen auch die Steifigkeit des Aktuators und des Kompensationselementes in die Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Baugruppe ein. Ebenfalls kann ein für die Anbindung des Kompensationselementes oder des Aktuators an das optische Element verwendeter Kleber bei der Ausgestaltung berücksichtigt werden.
Weiterhin können der Aktuator und das Kompensationselement zusammen derart ausgebildet sein, dass bei einer Temperaturänderung eine der Geometrieänderung eines mit dem Aktuator und/oder dem Kompensationselement verbundenen Bauteils korrespondierende Geometrieänderung auftreten kann. Dehnt sich beispielweise das optische Elemente mit 0,1 mm/K aus, sind der Aktuator und das Kompensationselement so ausgebildet, dass sie sich an der Verbindungsstelle zum optischen Element ebenfalls mit 0,1 mm/K ausdehnen.
Daneben können der Aktuator und das Kompensationselement zusammen derart ausgebildet sein, dass sie bei einer Temperaturänderung eine Geometrieänderung eines mit dem Aktuator und/oder dem Kompensationselement verbundenen Bauteils kompensieren können. In diesem Fall kann der Aktuator, das Kompensationselement und beispielsweise das optische Element als eine Einheit angesehen werden. Die Wärmedehnung beziehungsweise Wärmeausdehnungskoeffizienten und die Steifigkeiten der gesamten Einheit können dabei also so ausgebildet werden, dass bei einer Temperaturerwärmung die Geometrieänderung des optischen Elementes geringer sein kann als ohne den Aktuator und das Kompensationselement. Insbesondere kann die Geometrieänderung des optischen Elementes nahezu Null sein.
In einer Variante der Erfindung kann der Aktuator derart ausgebildet sein, dass eine Deformation des optischen Elementes durch eine Querdeformation des Aktuators bewirkt wird. Der elektrostriktive oder piezoelektrische oder magnetostriktive Aktuator nutzt also nicht den Effekt der Längenänderung beim Anlegen eines elektrischen oder magnetischen Feldes, sondern die senkrecht zur Längenausdehnung wirkende Querschnittsänderung, die sogenannte Querdeformation. Dazu kann der Aktuator mit einer der in Wirkrichtung der Längenänderung angeordneten Seiten mit einem optischen Element verbunden sein, wobei die gegenüberliegende Seite frei, also ohne eine feste Anbindung an ein Bauteil verbleibt. Wird nun ein Feld an den Aktuator angelegt, kommt es zu einer Längenänderung, die durch das freie Ende keine Auswirkung auf das insbesondere als Spiegel ausgebildete optische Element hat. Stattdessen wird durch die durch die Längenänderung bewirkte Querdeformation das Spiegelmaterial zusammengezogen oder auseinander gedrückt und dadurch eine Deformation des Spiegels bewirkt.
Daneben kann der Aktuator von einer vorhandenen Steuerung mit einer elektrischen Vorspannung beaufschlagt werden. Das elektrische Feld der Aktuatoren wird durch Elektroden mit dem Abstand d, zwischen denen eine elektrische Spannung anliegt, erzeugt, wodurch bei einem festen Abstand d die Änderung des elektrischen Feldes nur über die angelegte elektrische Spannung bestimmt wird. Eine elektrische Vorspannung bei einem elektrostriktiven Aktuator hat den Vorteil, dass der Aktuator dadurch einen Verfahrweg in zwei entgegengesetzte Richtungen bewirken kann. Wird die elektrische Spannung von der Vorspannung ausgehend reduziert, kann sich eine Formänderung des elektrostriktiven Aktuators, also beispielsweise eine Reduzierung der Länge beziehungsweise der Querkontraktion einstellen. Wird die elektrische Spannung ausgehend von der Vorspannung verstärkt, kann sich eine Formänderung des elektrostriktiven Aktuators dagegen in einer Vergrößerung der Länge beziehungsweise der Querkontraktion einstellen.
Insbesondere kann die Vorspannung so ausgebildet sein, dass die durch eine Temperaturänderung bewirkte Formänderung des Kompensationselementes und die durch eine Temperaturänderung bewirkte Sensitivitätsreduzierung der durch eine Spannung bedingten Formänderung des Aktuators sich kompensieren. Der Effekt der negativen Ausdehnung des Kompensationselementes und die im vorliegenden Fall verwendete Querkontraktion des elektrostriktiven Aktuators können in die gleiche Richtung wirken. Die elektrostriktive Sensitivität kann mit steigender Temperatur abnehmen, wodurch sich also bei gleicher Spannung eine unterschiedlich große Querkontraktion ergeben kann. Somit gibt es eine Spannung, für die sich die Effekte der negativen Ausdehnung des Kompensationselementes und die reduzierte Querkontraktion für einen bestimmten Temperaturbereich, unabhängig von der Temperatur, aufheben. Die Vorspannung kann vorteilhafterweise in diesem Bereich liegen, so dass die Temperatur nahezu keinen Einfluss auf die Querkontraktion des Aktuators hat.
Weiterhin kann die optische Baugruppe mehrere einzelne Aktuatoren umfassen. Diese können in Form einer Matrix an der Rückseite eines beispielsweise als Spiegel einer Projektionsbelichtungsanlage ausgebildeten optischen Elementes angeordnet sein. Durch die individuelle Ansteuerung der Aktuatoren mit einer Steuerung und/oder Regelung kann die der Rückseite gegenüberliegende Oberfläche des Spiegels in mehreren Freiheitsgraden deformiert werden.
Eine erfindungsgemäße Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleitertechnik umfasst eine optische Baugruppe nach einem der weiter oben beschriebenen Ausführungsbeispiele.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele und Varianten der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

1 den prinzipiellen Aufbau einer Projektionsbelichtungsanlage, in welcher die Erfindung verwirklicht sein kann,
2 den prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemäßen optischen Baugruppe,
3 die prinzipielle Wirkweise eines Aktuators,
4a-d eine schematische Darstellung verschiedener Varianten eines Aufbaus des Aktuators und eines Kompensationselementes,
5 ein Diagramm zur Verdeutlichung der Wirkung des Kompensationselementes,
6a, b eine schematische Darstellung von möglichen Elektrodenanordnungen der Aktuatoren, und
7a-d ein Diagramm zur Verdeutlichung der Wirkung der Temperaturänderung auf das Kompensationselement und die Sensitivität des elektrostriktiven Effektes.

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.
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 5 nm und 120 nm emittieren.
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.
2 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer optischen Baugruppe 30, in der ein Spiegel 31 mit einer Aktuatormatrix 46 dargestellt ist. Der Spiegel 31 ist beispielsweise Teil der in 1 beschriebenen Projektionsoptik 9. Die Aktuatormatrix 46 umfasst mehrere matrixartig angeordnete Aktuatoren 33, die auf der Spiegelrückseite 32, also auf der der optisch aktiven Seite entgegengesetzten Seite des Spiegels 31 angeordnet sind. Durch Auslenken der Aktuatoren 33 wird die Spiegelrückseite 32 deformiert, wodurch durch die Steifigkeit des Spiegels 31 auch die optisch aktive Fläche des Spiegels 31 deformiert wird. Durch die Deformation der optischen aktiven Spiegeloberfläche werden die Abbildungseigenschaften des Spiegels 31 verändert, wodurch Abbildungsfehler der Projektionsoptik kompensiert werden können. Unter einer optisch aktiven Fläche wird vorliegend eine Fläche verstanden, die während des üblichen Betriebes der zugehörigen Anlage mit Nutzstrahlung, also zur Abbildung und Belichtung verwendeter Strahlung, beaufschlagt wird.
3 zeigt schematisch den prinzipiellen Aufbau eines Aktuators 33 ohne die Anbindung an die Spiegelrückseite. Das elektrostriktive Aktuatormaterial 39 ist zwischen zwei Elektroden 36, 37 als eine Aktuatorschicht 34 angeordnet, wobei die erste Elektrode als Spannungselektrode 36 ausgebildet ist und die zweite Elektrode als Nullelektrode 37 oder auch Nullleiter ausgebildet ist. Durch das Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen Spannungselektrode 36 und Nullelektrode 37 wird ein elektrostriktiver Effekt bewirkt, der eine Längenänderung L des Aktuatormaterials 39 in eine erste Richtung und eine Querkontraktion Q, also ein Zusammenziehen des Materials 39 in eine zweite, zur ersten Richtung senkrechten Richtung, verursacht. In 3 ist die Form des Aktuators 33 ohne Wirkung eines elektrischen Feldes gestrichelt dargestellt. Zur Deformation des in 2 dargestellten Spiegels 31 kann insbesondere die Querkontraktion bzw. Querdeformation Q des Aktuators 33 verwendet werden. Dabei wird der Aktuator 33 derart betrieben, dass die von ihm ausgeübte Kraft im Wesentlichen entlang der Kontaktfläche zwischen dem Spiegel 31 und dem Aktuator 33 und nicht normal dazu ausgeübt wird.
4a bis d zeigen verschiedene Varianten eines Aufbaus einer optischen Baugruppe 30 beziehungsweise des Aktuators 33, in denen jeweils ein Aktuator 33 und ein thermisches Kompensationselement dargestellt sind.
4a zeigt eine erste Variante, in der eine optische Baugruppe 30 mit einem Aktuator 33 und einer Kompensationsplatte 41 dargestellt ist. Die Kompensationsplatte 41 ist zwischen dem Aktuator 33 und der Rückseite 32 des Spiegels 31 angeordnet und zeigt eine negative Wärmeausdehnung. Werden der Spiegel 31, die Kompensationsplatte 41 und der Aktuator 33 einer Temperaturerhöhung ausgesetzt, kommt es zu einer Verbreiterung des Aktuators 33 in Richtung parallel zu der Spiegelrückseite 32, wogegen die negative Wärmeausdehnung der Kompensationsplatte 41 in diesem Fall eine Reduzierung der Breite der Kompensationsplatte 41 bewirkt. Bei geeigneter Wahl der Wärmeausdehnung des Aktuators 33 und der Kompensationsplatte 41 und unter Berücksichtigung der Steifigkeiten des Aktuators 33 und der Kompensationsplatte 41 wird die resultierende Bewegung zwischen Kompensationsplatte 41 und Spiegelrückseite 32 gleich null. Dies gilt jedoch nur für den Fall, in dem der Spiegel 31 selbst keine Wärmeausdehnung aufweist. Die Wärmeausdehnung und die Steifigkeiten des Aktuators 33 und der Kompensationsplatte 41 werden vorteilhafterweise derart eingestellt, dass sie gemeinsam eine zur Wärmeausdehnung des Spiegels 31 korrespondierende Wärmeausdehnung aufweisen.
4b zeigt eine weitere Variante eines Aufbaus des Aktuators 33, bei der ein Aktuator 33 mit integrierten Kompensationselementen 40 dargestellt ist. Der Aktuator 33 und das Kompensationselement 40 umfassen jeweils mehrere Schichten 34, 42, die abwechselnd aufeinander geschichtet sind. Wie bereits unter 4a beschrieben, können die Wärmeausdehnung beziehungsweise die als Materialkonstante definierten Wärmeausdehnungskoeffizienten und die Steifigkeiten der Aktuatorschichten 34 und der Kompensationsschichten 42 derart ausgebildet sein, dass diese in Summe mit der Wärmeausdehnung des Spiegels korrespondieren. Die Aktuatorschicht 34 kann ein elektrostriktives, wie beispielsweise Bleimagnesiumniobat, ein piezoelektrisches oder ein magnetostriktives Material umfassen. Die Kompensationsschicht 42 kann insbesondere Ba_0,2Sr_0,8Zn₂Si₂O₇ oder Zirkoniumwolframat Zr[WO₄]₂ umfassen.
In der in 4c gezeigten Variante eines Aufbaus eines Aktautors 33 mit integriertem Kompensationselement 40 ist ein radialer Schichtaufbau aus Aktuatorschichten 34 und Kompensationsschichten 42 dargestellt. Das Vorgehen bei der Auslegung des Aktuators ist analog zu dem unter 4a und 4b beschriebenen Vorgehen.
4d zeigt eine weitere Variante eines Aufbaus eines Aktuators 33 mit einem Kompensationselement 40, welches in Form von Kompensationskugeln 43 in dem elektrostriktiven Material 39 des Aktuators 33 eingebettet ist. Auch hier ist das Vorgehen bei der Auslegung der Wärmeausdehnung des Aktuators 33 analog zu dem Vorgehen unter 4a bis 4c.
5 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung der Wirkungsweise des Kompensationselementes, in welchem die Verfahrwege eines Aktuators mit und ohne Kompensationselement bei verschiedenen Temperaturen über den Betrag E der elektrischen Feldstärke aufgetragen sind. Dabei stellt die strichpunktierte Linie den Verfahrweg eines Aktuator ohne Kompensationselement bei einer Temperatur X, wie beispielsweise 22°Celsius dar. Die gestrichelte Linie stellt den Verfahrweg eines Aktuators mit Kompensationselement dar, welcher so ausgebildet ist, dass er eine Wärmeausdehnung von 0 aufweist, wodurch der Verfahrweg für die Temperatur X und die um 20 Kelvin höhere Temperatur Y gilt. Die durchgezogene Linie stellt den Verfahrweg des Aktuators ohne Kompensationselement bei der Temperatur Y dar. Bei der Temperatur X ist der resultierende Verfahrweg Loores des Aktuators ohne Kompensationselement größer als der resultierende Verfahrweg L_Kres des Aktautors mit Kompensationselement, was auf die Steifigkeit des Kompensationselementes, welches durch den Aktuator deformiert werden muss, zurückzuführen ist. Betrachtet man die resultierenden Verfahrwege bei einer Temperatur Y, die 20 Kelvin über der Temperatur X liegt, ist der Verfahrweg L_O20 des Aktuators ohne Kompensationselement bereits ohne ein anliegendes elektrisches Feld, ungleich Null. Es wird bereits eine elektrische Feldstärke E_k benötigt, um die durch die Temperaturänderung bewirkte Längenänderung zu kompensieren. Dadurch reduziert sich der resultierende Verfahrweg L_O20res bei einem maximal zur Verfügung stehenden elektrischen Feld auf einen Wert, der geringer als der konstant bleibende resultierende Verfahrweg L_Kres des Aktuators mit Kompensationselement ist. Der zur Korrektur von Abbildungsfehlern zur Verfügung stehende Verfahrweg ist damit bei dem Aktuator mit Kompensationselement größer als bei dem ohne Kompensationselement.
6a und 6b zeigen zwei unterschiedliche Anordnungen von Elektroden 36, 37, bei welchen jeweils eine optische Baugruppe 30 mit einem Aktuator 33 mit einem Schichtaufbau aus elektrostriktiven Schichten 35 und Kompensationsschichten 42 dargestellt ist.
In 6a sind die Spannungselektroden 36 und Nullelektroden 37 zwischen den sich abwechselnden elektrostriktiven Schichten 35 des Aktuators 33 und den Kompensationsschichten 42 des Kompensationselementes 40 derart angeordnet, dass die Kompensationsschicht 42 entweder von zwei Spannungselektroden 36 oder zwei Nullelektroden 37 umschlossen ist. Dies hat zur Folge, dass in den Kompensationsschichten 42 kein elektrisches Feld anliegt und in Folge dessen auch keine Reaktion auf Grund eines elektrischen Feldes in den Kompensationsschichten 42 bewirkt wird. Der Aktuator 33 ist über eine Kleberschicht 44 aus einem schubsteifen Kleber mit der Rückseite 32 des Spiegels 31 verbunden. Wird in den elektrostriktiven Schichten 35 über die Elektroden 36, 37 ein elektrisches Feld angelegt, dehnt sich der Aktuator 33 senkrecht zu den Schichten 35, 42 aus und zieht sich auf Grund der Querkontraktion in Richtung der Schichtebenen zusammen. Dadurch wird über die Kleberschicht 44 die Spiegelrückseite 32 zusammengezogen, was die Ausbildung einer Wölbung 47 auf der optisch aktiven Spiegeloberseite 45 bewirkt. Die Wirkrichtung des Aktuators, die in 6a als Pfeil dargestellt ist, ist also senkrecht zur Querkontraktion des Aktuators 33. Die Spannungselektroden 36 sind über eine Anbindung 38 mit einer nicht dargestellten Steuerung und/oder Regelung verbunden. Die Nullelektroden 37 sind mit dem nicht dargestellten Masseleiter verbunden. Die Kompensationsschichten 42 sind derart angeordnet, dass sie die Deckschicht für den Aktuator 33 bilden, also die Elektroden 36, 37 vor mechanischen Kontakt schützen. Dadurch kann auf die üblicherweise notwendigen Deckschichten beim Aufbau des Aktuators 33 verzichtet werden.
6b zeigt eine Anordnung der Spannungselektroden 36 und Nullelektroden 37, die derart angeordnet sind, dass auch in den Kompensationsschichten 42 ein elektrisches Feld anliegt. Dies führt zu einem größeren Abstand zwischen den Elektroden 36, 37 und damit über ein schwächeres elektrisches Feld zu einer geringeren Sensitivität des Aktuators. Eine Reaktion der Kompensationsschichten 42 auf Grund des elektrischen Feldes wird, sofern vorhanden, bei der Ansteuerung des Aktuators 33 berücksichtigt. Die Spannungselektroden sind wie in 6a ebenfalls über eine Anbindung 38 an eine nicht dargestellte Steuerung und/oder Regelung angebunden. Die elektrostriktiven Schichten 35 können beispielsweise Blei-Magnesium-Niobat-Keramiken (PMN) umfassen und die Kompensationsschichten 42 beispielsweise Barium-Strontium-Zink-Silizium-Oxid umfassen. Der Aktuator 33 ist ebenfalls, wie bereits unter 6a beschrieben, mit einer schubsteifen Kleberschicht 44 mit der Rückseite 32 des Spiegels 31 verbunden, wobei die Darstellung in 6b eine nicht ausgelenkte optische Baugruppe 30 zeigt.
Die 7a bis 7d zeigen jeweils ein Diagramm zur Verdeutlichung der Wirkung der Temperaturänderung auf das Kompensationselement und die Sensitivität des elektrostriktiven Effektes.
7a zeigt die Formänderung des Aktuators mit Kompensationselement bei einer Temperatur von 20°Celsius, 40°Celsius und 60°Celsius. Die Formänderung ε_thermisch des Aktuators mit dem Kompensationselement ist von der Spannung unabhängig und auf Grund der negativen Wärmeausdehnung des Kompensationselementes negativ.
7b zeigt die elektrostriktive Dehnung des Aktuators über der angelegten Spannung bei einer Temperatur von 20°Celsius, 40°Celsius und 60°Celsius. Die Steigung der Kurven nimmt mit zunehmender Temperatur ab, die Formänderung ist also bei einer konstanten Spannung (bei konstantem Abstand d der Elektroden) für unterschiedliche Temperaturen unterschiedlich groß. Da im beschriebenen Ausführungsbeispiel die Querkontraktion des Aktuators als Stellgröße verwendet wird, ist die Formänderung bei steigender Spannung ebenfalls negativ.
7c zeigt nun die Gesamtformänderung des Aktuators durch den thermischen und den elektrostriktiven Effekt bei einer Temperatur von 20°Celsius, 40°Celsius und 60°Celsius. Es ist zu beobachten, dass die Effekte sich bei einer bestimmten Spannung kompensieren, sich also die Kurven für verschiedene Temperaturen schneiden.
7d zeigt nun die Formänderung des Aktuators für verschiedene Temperaturen, wie sie mit dem optischen Element zusammen Anwendung findet. Der Aktuator wird in der neutralen Stellung des als Spiegel ausgebildeten optischen Elementes, also die Stellung, in der die Oberfläche des Spiegels ihrer Soll-Form entspricht, unter einer Vorspannung montiert. Wird die Vorspannung auf null reduziert, dehnt sich der Aktuator aus und die Spiegeloberfläche deformiert sich. Wird die Projektionsbelichtungsanlage nun in Betrieb genommen, wird der Aktuator mit der bestimmten Vorspannung angesteuert und die Oberfläche entspricht unabhängig von der Temperatur des Spiegels ihrer Soll-Form. Die Anpassung der Form der Spiegeloberfläche kann nun nahezu unabhängig von der Temperatur über die an den Aktuator angelegte Spannung eingestellt werden. Lediglich die Sensitivität des elektrostriktiven Effektes muss abhängig von den Anforderungen an die Genauigkeiten der Form der Spiegeloberfläche berücksichtigt werden.
Bezugszeichenliste

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: optische Baugruppe
31: Spiegel
32: Spiegelrückseite
33: Aktuator
34: Aktuatorschicht
35: elektrostriktive Schicht
36: Spannungselektrode
37: Nullelektrode
38: Anbindung Spannungselektrode
39: elektrostriktives Material
40: Kompensationselement
41: Kompensationsplatte
42: Kompensationsschicht
43: Kompensationskugel
44: Kleberschicht
45: Spiegeloberseite
46: Aktuatormatrix
47: Wölbung
48: Vorspannung
L: Längenänderung
Q: Querkontraktion
LKres: resultierende Längenänderung bei maximalem elektrischen Feld mit Kompensationselement
LO0res: resultierende Längenänderung bei maximalem elektrischen Feld ohne Kompensationselement bei ΔT = 0K
LO20: Längenänderung ohne Kompensationselement bei ΔT = 20K
LO20res: resultierende Längenänderung bei maximalem elektrischen Feld ohne Kompensationselement bei ΔT = 20K
EK: Für Kompensation der Längenänderung benötigte elektrische Feldstärke
εthermisch: Dehnung/Formänderung auf Grund Temperaturänderung
εelektrostriktiv: Dehnung/Formänderung auf Grund elektrostriktivem Effekt
εgesamt: Dehnung/Formänderung gesamt (Temperatur und elektrostriktiver Effekt)
V: Elektrische Spannung

Claims

Optische Baugruppe (30) mit - einem optischen Element (31) und - einem Aktuator (33) zur Deformation des optischen Elementes (31) für die Halbleiterlithographie dadurch gekennzeichnet, dass die optische Baugruppe (30) ein Kompensationselement (40) zur Kompensation einer durch eine Temperaturänderung bewirkte Geometrieänderung des Aktuators (33) umfasst.
Optische Baugruppe (30) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompensationselement (40) eine von dem Aktuator (33) abweichende Wärmeausdehnung besitzt.
Optische Baugruppe (30) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompensationselement (40) eine Wärmeausdehnung mit einem umgekehrten Vorzeichen wie die Wärmeausdehnung des Aktuators (33) besitzt.
Optische Baugruppe (30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompensationselement (40) eine negative Wärmeausdehnung besitzt.
Optische Baugruppe (30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (33) elektrostriktive und/oder piezoelektrische und/oder magnetostriktive Elemente (34,35, 39) umfasst.
Optische Baugruppe (30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompensationselement (40) zwischen dem optischen Element (31) und dem Aktuator (33) angeordnet ist.
Optische Baugruppe (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (33) das Kompensationselement (40) umfasst.
Optische Baugruppe (30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (33) schichtweise aufgebaut ist.
Optische Baugruppe (30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompensationselement (40) mehrere Schichten (42) umfasst.
Optische Baugruppe (30) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (33) derart aufgebaut ist, dass sich die Schichten (35) aus elektrostriktivem Material (39) und Schichten (42) aus Material des Kompensationselementes (40) abwechseln.
Optische Baugruppe (30) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den einzelnen Schichten (34,35,42) Elektroden angeordnet sind.
Optische Baugruppe (30) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (36,37) derart angeordnet sind, dass sich über die Schichten (42) des Kompensationselementes (40) kein elektrisches Feld ausbildet.
Optische Baugruppe (30) nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (33) derart aufgebaut ist, dass das Kompensationselement (40) in Form von mehreren Einzelelementen (43) im Material (39) des Aktuators (33) eingebettet ist.
Optische Baugruppe (30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (33) und das Kompensationselement (40) zusammen derart ausgebildet sind, dass bei einer Temperaturänderung zumindest in der Wirkrichtung des Aktuators (33) keine Geometrieänderung auftritt.
Optische Baugruppe (30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (33) und das Kompensationselement (40) zusammen derart ausgebildet sind, dass bei einer Temperaturänderung eine der Geometrieänderung eines mit dem Aktuator (33) und/oder dem Kompensationselement (40) verbundenen Bauteils (31) korrespondierende Ausdehnung auftritt.
Optische Baugruppe (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (33) und das Kompensationselement (40) zusammen derart ausgebildet sind, dass sie bei einer Temperaturänderung eine Ausdehnung eines mit dem Aktuator (33) und/oder dem Kompensationselement (40) verbundenen Bauteils (31) kompensieren.
Optische Baugruppe (30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (33) derart ausgebildet ist, dass eine Deformation des optischen Elementes (31) durch die Querdeformation des Aktuators (33) bewirkt wird.
Optische Baugruppe (30) nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (33) von einer vorhandenen Steuerung mit einer Vorspannung beaufschlagt wird.
Optische Baugruppe (30) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannung so bestimmt ist, dass sich die durch eine Temperaturänderung bewirkte Formänderung des Kompensationselementes und die durch eine Temperaturänderung bewirkte Sensitivitätsreduzierung der durch eine Spannung bedingten Formänderung des Aktuators kompensieren.
Optische Baugruppe (30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (31) als Spiegel ausgebildet ist.
Optische Baugruppe (30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Baugruppe (30) mehrere einzelne Aktuatoren (33) umfasst.
Projektionsbelichtungsanlage (1) für die Halbleitertechnik, umfassend eine optische Baugruppe (30) nach einem der vorangehenden Ansprüche.