DE102020210026A1

DE102020210026A1 - Projektionsbelichtungsanlage mit Temperiervorrichtung

Info

Publication number: DE102020210026A1
Application number: DE102020210026.8A
Authority: DE
Inventors: Andreas Raba; Johannes Lippert; Markus Raab; Stefan BAUEREGGER; Karsten Krüger; Matthias Manger
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2020-08-07
Filing date: 2020-08-07
Publication date: 2022-02-10
Also published as: WO2022029216A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Projektionsbelichtungsanlage (1,101) für die Halbleiterlithographie mit einer optischen Baugruppe (40), wobei die optische Baugruppe (40) ein deformierbares optisches Element (41) und - mindestens einen Aktuator (46.1,46.2,46.3) zur Deformation des optischen Elementes (41) umfasst, wobei die optische Baugruppe (40) eine Temperiervorrichtung zur Temperierung des Aktuators (46.1,46.2,46.3) umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie mit einer Temperiervorrichtung.
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 optischen Wirkflächen beeinflussen. Unter einer optischen Wirkfläche wird vorliegend eine Fläche verstanden, die während des üblichen Betriebes der zugehörigen Anlage mit Nutzstrahlung, also zur Abbildung und Belichtung verwendeter Strahlung, beaufschlagt wird. Dabei können die zugehörigen Aktuatoren insbesondere auf der der optischen Wirkfläche abgewandten Seite des optischen Elementes, also auf dessen Rückseite, matrixartig angeordnet sein. Sie können ihre Deformationswirkung beispielsweise durch Dehnung oder Stauchung ihrer mit dem optischen Element verbundenen Fläche oder auch durch eine Längenänderung senkrecht dieser Fläche ausüben. Im zweitgenannten Fall ist in der Regel noch eine Rückplatte als Widerlager vorhanden. Im Betrieb sind die Aktuatoren jedoch zeitlich wie auch lokal unterschiedlichen Temperaturen ausgesetzt, was sich aufgrund der thermischen Längenänderung einerseits auf die Geometrie der Aktuatoren selbst, aber auch aufgrund der Temperaturabhängigkeit der zur Anwendung kommenden physikalischen Effekte, also beispielsweise des elektrostriktiven, piezoelektrischen oder magnetostriktiven Effektes auch auf die Ansteuerbarkeit der Aktuatoren auswirkt. Damit muss allein zur Korrektur der genannten thermischen Effekte ein Verfahrweg der Aktuatoren vorgehalten werden, der dann zur eigentlich angestrebten Beeinflussung der optischen Wirkfläche zur Korrektur optischer Abbildungsfehler nicht mehr zur Verfügung steht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Projektionsbelichtungsanlage mit Aktuatoren zur Beeinflussung von in der Anlage verwendeten optischen Elementen bereitzustellen, welche gegenüber thermischen Einflüssen auf die Regelbarkeit der Aktuatoren eine erhöhte Robustheit zeigt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Projektionsbelichtungsanlage mit Merkmalen des unabhängigen Anspruchs. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen und Varianten der Erfindung.
Eine erfindungsgemäße Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie umfasst eine optische Baugruppe, wobei die optische Baugruppe ein deformierbares optisches Element und mindestens einen Aktuator zur Deformation des optischen Elementes umfasst. Erfindungsgemäß umfasst die optische Baugruppe eine Temperiervorrichtung zur Temperierung des Aktuators.
Insbesondere kann es sich bei dem optischen Element um einen Spiegel handeln. In diesem Fall besteht die Problematik, dass die durch die lokal variierende Beaufschlagung der optischen Wirkfläche mit Nutzlicht ausgebildeten Temperaturgradienten des Spiegelkörpers auf den Aktuator übertragen werden. Im Fall von elektrostriktiven oder piezoelektrischen Aktuatoren kann dies zu einem variierenden elektrostriktiven Effekt und einer unterschiedlichen Geometrieänderung führen. Die Temperiervorrichtung kann erfindungsgemäß die Temperaturgradienten im Aktuator kompensieren und auf diese Weise der geschilderten Problematik wirksam begegnen. Die gleichen oder ähnliche Auswirkungen auf Grund einer Temperaturerhöhung wie oben beschrieben zeigen sich auch bei anderen Arten von Festkörperaktuatoren, wie beispielsweise magnetostriktiven Aktuatoren, Formgedächtnisaktuatoren, magnetischen Formgedächtnisaktuatoren und aktiven Polymeren, insbesondere elektroaktiven Polymeren.
In einer vorteilhaften Variante der Erfindung kann die optische Baugruppe mehrere einzelne Aktuatoren umfassen. Die Aktuatoren können einzeln angesteuert werden, wodurch zwei oder mehr Freiheitsgrade zur Deformation des Spiegels bereitgestellt werden können. Dadurch kann die durch die Erwärmung des Spiegels verursachte Deformation der optischen Wirkfläche, welche zur Abbildung einer Struktur auf einen Wafer genutzt wird, durch die Mehrzahl von Aktuatoren vorteilhaft kompensiert werden.
Insbesondere kann die Temperiervorrichtung ein Heizelement zur Erwärmung des Aktuators umfassen. Eine geeignete Erwärmung des Aktuators führt zu einer Ausbildung einer räumlich homogenen Temperaturverteilung im Aktuator. Der thermische Einfluss auf den elektrostriktiven, piezoelektrischen oder magnetostriktiven Effekt und die Geometrieänderung ist dadurch über den Aktuator hinweg konstant und kann vorteilhaft durch einen einzigen von der Temperatur abhängigen Korrekturfaktor in einer Steuerung zur Regelung der Auslenkung des Aktuators kompensiert werden. Das Heizelement kann dabei mit dem Aktuator verbunden sein.
Insbesondere kann das Heizelement als Teil des Aktuators ausgebildet sein. Das Heizelement kann dabei in den Aktuator eingebettet sein. Der Aktuator kann elektrostriktives, piezoelektrisches oder magnetostriktives Material umfassen, wobei jeweils nur ein Teil des Materials durch Elektroden aktiviert wird. Werden in einer Schicht aus Material mehrere Elektroden angeordnet, können innerhalb der Schicht mehrere Aktuatoren ausgebildet werden. Im nicht aktivierten Material des jeweiligen Aktuators, welches an der der optischen Wirkfläche abgewandten Seite des aktivierten Bereichs des Aktuators angeordnet sein kann, kann das Heizelement angeordnet sein. Jedem Aktuator kann dadurch ein Heizelement zugeordnet werden.
Das Heizelement kann beispielsweise als Widerstandsheizung ausgebildet sein. Alternativ kann das Heizelement auch auf Infrarotstrahlung basieren.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Temperiervorrichtung selbstregulierend ausgebildet. Unter selbstregulierend ist in diesem Zusammenhang zu verstehen, dass keine externe Regelung notwendig ist. Die Selbstregulierung kann beispielsweise durch das Werkstoffverhalten einiger Materialien in einer Widerstandsheizung realisiert werden. Bei einer elektrischen Widerstandsheizung erwärmt sich ein stromdurchflossener Leiter infolge seines Ohm'schen Widerstands. Die Wärmeleistung eines stromdurchflossenen Leiters bestimmt sich zu: $P_{elektrischen} = R * I^{2}$
$P_{elektrisch} = P_{thermisch}$
Somit ist die Heizleistung proportional zum elektrischen Widerstand R. Nimmt nun der elektrische Widerstand mit der Temperatur ab, nimmt die Heizleistung ab. Werkstoffe mit diesem Verhalten werden als NTC - Negative Temperature Coeffizient-Werkstoffe bezeichnet. Beispiele für solche Werkstoffe sind Oxide von Mangan, Nickel, Kobalt, Eisen, Kupfer oder Titan. Die Temperaturabhängigkeit des Widerstands kann mit der folgenden Gleichung beschrieben werden: $R_{T} = R_{R} - e^{B * (1/T - 1 {/T}_{R})}$
Hierbei beschreibt R_T den Widerstand bei der Temperatur T, R_R den Widerstand bei einer Bezugstemperatur T_R und B die Thermistorkonstante. Durch Variation der Thermistorkonstante kann somit der Widerstand für eine Zieltemperatur, wie beispielsweise 40°Celsius gewählt werden. Die Widerstandsheizung kann beispielsweise als mäanderförmige Leitung im nicht aktivierten Teil eines Aktuators ausgebildet sein. Durch Wahl der Konstanten und Leistung lässt sich eine selbstregulierende Temperiervorrichtung realisieren. Bei der vorher bestimmten Zieltemperatur entspricht die Heizleistung der Verlustleistung durch Abstrahlung und Wärmeleitung, so dass die Temperatur nicht weiter steigt. In den Bereichen des Aktuators, in dem die Temperatur niedriger als die Zieltemperatur ist, ist auch der Widerstand des Materials der Widerstandsheizung höher und der Aktuator wird gezielt in diesem Bereich stärker geheizt als in Bereichen, die die Zieltemperatur bereits erreicht haben.
Alternativ oder zusätzlich kann die Temperiervorrichtung auch Mittel zur Kühlung des Aktuators umfassen. Die Kühlung des Aktuators hat dieselbe Auswirkung wie die Erwärmung des Aktuators, nämlich den Aktuator auf eine konstante Temperatur beziehungsweise eine homogene Temperaturverteilung zu bringen.
Die Kühlung oder allgemein eine Temperierung kann dadurch erreicht werden, dass die Temperiervorrichtung Fluidkanäle zur Erwärmung und/oder Kühlung des Aktuators umfasst.
Insbesondere können die Fluidkanäle im Aktuator angeordnet sein. Die Fluidkanäle können entsprechend den Heizelementen in den weiter oben beschriebenen Ausführungsbeispielen im inaktiven Teil des Aktuators ausgebildet sein. Dies hat den Vorteil, dass der Aktuator als eigenständiges System vor der Anbindung an das optische Element, wie einen Spiegel, separat qualifiziert werden kann.
Weiterhin können die Fluidkanäle im optischen Element angeordnet sein. Die Fluidkanäle können an der Rückseite des als Spiegel ausgebildeten optischen Elementes angeordnet sein, so dass eine Deformation der optischen Wirkfläche durch den Druck des Temperierfluids oder die Herstellung der Fluidkanäle vorteilhaft vermieden werden kann. Es ist auch eine kombinierte Temperierung des Spiegels und des Aktuators denkbar, bei der neben dem Aktuator auch der Spiegel gekühlt wird, wodurch die auf den Aktuator wirkende Wärmeleistung vorteilhaft reduziert werden kann.
Weiterhin kann die Temperiervorrichtung einen Sensor umfassen, welcher als Temperatursensor ausgelegt sein kann. Es können auch mehrere Sensoren über den Aktuator verteilt angeordnet sein, wodurch ein Temperaturgradient erfasst werden kann. Im Fall von mehreren Aktuatoren kann jeder Aktuator einen oder mehrere Sensoren umfassen.
Insbesondere kann die Temperiervorrichtung eine Regelungseinheit umfassen, wobei die Regelungseinheit als externe Regelung oder als in das jeweilige Heizelement integrierte Regelung ausgebildet sein kann. Vorteil der auf dem Heizelement integrierten Regelung ist eine Minimierung der Anbindungen des Aktuators an einen Rahmen, wodurch die Übertragung von mechanischen Anregungen und die Komplexität des Aufbaus minimiert werden. Die Regelung kann die Heizelemente derart ansteuern, dass der Aktuator beziehungsweise alle Aktuatoren auf eine konstante Temperatur temperiert werden können.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele und Varianten der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

1 den prinzipiellen Aufbau einer DUV-Projektionsbelichtungsanlage, in welcher die Erfindung verwirklicht sein kann,
2 den prinzipiellen Aufbau einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage in welcher die Erfindung verwirklicht sein kann,
3 den prinzipiellen Aufbau einer optischen Baugruppe mit einer Aktuatormatrix,
4 a-c eine prinzipielle Darstellung möglicher Anordnungen von Aktuatoren an einem Spiegel,
5 ein Diagramm zur Erläuterung einer exemplarischen Temperaturverteilung über eine Aktuatormatrix,
6a-d eine schematische Darstellung verschiedener Anordnungen von Temperiervorrichtungen,
7a, b ein Diagramm und eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer selbstregulierenden Temperiervorrichtung, und
8a, b eine weitere Ausführungsform einer Temperiervorrichtung.

In 1 ist eine exemplarische Projektionsbelichtungsanlage 1 dargestellt, in welcher die Erfindung zur Anwendung kommen kann. Die Projektionsbelichtungsanlage 1 dient zur Belichtung von Strukturen auf ein mit photosensitiven Materialien beschichtetes Substrat, welches im Allgemeinen überwiegend aus Silizium besteht und als Wafer 2 bezeichnet wird, zur Herstellung von Halbleiterbauelementen, wie beispielsweise Computerchips.
Die Projektionsbelichtungsanlage 1 umfasst dabei im Wesentlichen eine Beleuchtungseinrichtung 3 zur Beleuchtung eines Objektfeldes 8 in einer Objektebene 9, einen Retikelhalter 6 zur Aufnahme und exakten Positionierung einer mit einer Struktur versehenen und in der Objektebene 9 angeordneten Maske, einem sogenannten Retikel 7, durch welches die späteren Strukturen auf dem Wafer 2 bestimmt werden, einen Waferhalter 10 zur Halterung, Bewegung und exakten Positionierung eben dieses Wafers 2 und eine Abbildungseinrichtung, nämlich eine Projektionsoptik 13, mit mehreren optischen Elementen 14, die über Fassungen 15 in einem Objektivgehäuse 16 der Projektionsoptik 13 gehalten sind.
Das grundsätzliche Funktionsprinzip sieht dabei vor, dass die in das Retikel 7 eingebrachten Strukturen auf den Wafer 2 abgebildet werden; die Abbildung wird in der Regel verkleinernd ausgeführt.
Eine Lichtquelle 4 der Beleuchtungseinrichtung 3 stellt einen für die Abbildung des in der Objektebene 9 angeordneten Retikels 7 auf den im Bereich eines Bildfeldes 11 in einer Bildebene 12 angeordneten Wafer 2 benötigten Projektionsstrahl 17 in Form elektromagnetischer Strahlung bereit, wobei diese insbesondere in einem Wellenlängenbereich zwischen 100 nm und 300 nm liegt. Als Quelle 4 für diese Strahlung kann ein Laser, eine Plasmaquelle oder dergleichen Verwendung finden. Die Strahlung wird in einer Beleuchtungsoptik 5 der Beleuchtungseinrichtung 3 über optische Elemente 18 derart geformt, dass der Projektionsstrahl 17 beim Auftreffen auf das in der Objektebene 9 angeordnete Retikel 7 das Objektfeld 8 mit den gewünschten Eigenschaften hinsichtlich Durchmesser, Polarisation, Form der Wellenfront und dergleichen ausleuchtet.
Über den Projektionsstrahl 17 wird ein Bild des Retikels 7 erzeugt und von der Projektionsoptik 13 entsprechend verkleinert auf den in der Bildebene 12 angeordneten Wafer 2 übertragen, wie bereits vorstehend erläutert wurde. Dabei können das Retikel 7 und der Wafer 2 synchron verfahren werden, so dass praktisch kontinuierlich während eines sogenannten Scanvorganges Bereiche des Retikels 7 auf entsprechende Bereiche des Wafers 2 abgebildet werden. Die Projektionsoptik 13 weist eine Vielzahl von einzelnen refraktiven, diffraktiven und/oder reflexiven optischen Elementen 14, wie beispielsweise Linsen, Spiegeln, Prismen, Abschlussplatten und dergleichen auf, wobei diese optischen Elemente 14 beispielsweise durch eine oder mehrere in der Figur nicht gesondert dargestellte Aktuatoranordnungen aktuiert werden können.
2 zeigt exemplarisch den prinzipiellen Aufbau einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage 101 für die Mikrolithographie, in welcher die Erfindung ebenfalls Anwendung finden kann. Der Aufbau der Projektionsbelichtungsanlage 101 und das Prinzip der Abbildung einer Struktur auf einem in der Objektebene 109 auf einem Retikelhalter 106 angeordneten Retikel 107 auf einen im Bildfeld 111 angeordneten Wafer 102 ist vergleichbar mit dem in 1 beschriebenen Aufbau und Vorgehen. Gleiche Bauteile sind mit einem um 100 gegenüber 1 erhöhten Bezugszeichen bezeichnet, die Bezugszeichen in 2 beginnen also mit 101. Im Unterschied zu einer wie in 1 beschriebenen Durchlichtanlage können auf Grund der geringen Wellenlänge der verwendeten EUV-Strahlung 117 im Bereich von 1 nm bis 120 nm, insbesondere von 13,5 nm, in einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage 101 zur Abbildung bzw. zur Beleuchtung nur als Spiegel ausgebildete optische Elemente 114, 118 verwendet werden.
Die Beleuchtungseinrichtung 103 der Projektionsbelichtungsanlage 101 weist neben einer Lichtquelle 104 eine Beleuchtungsoptik 105 zur Beleuchtung des Objektfeldes 108 in einer Objektebene 109 auf. Die durch die Lichtquelle 104 erzeugte EUV-Strahlung 117 als optische Nutzstrahlung wird mittels eines in der Lichtquelle 104 integrierten Kollektors derart ausgerichtet, dass sie im Bereich einer Zwischenfokusebene 119 einen Zwischenfokus durchläuft, bevor sie auf einen Feldfacettenspiegel 120 trifft. Nach dem Feldfacettenspiegel 120 wird die EUV-Strahlung 117 von einem Pupillenfacettenspiegel 121 reflektiert. Unter Zuhilfenahme des Pupillenfacettenspiegels 121 und einer optischen Baugruppe 122 mit Spiegeln 118 werden die Feldfacetten des Feldfacettenspiegels 120 in das Objektfeld 108 abgebildet. Der Aufbau der nachfolgenden Projektionsoptik 113 mit dem Objektivgehäuse 116 unterscheidet sich außer durch den Einsatz von Spiegeln 114 prinzipiell nicht von dem in 1 beschriebenen Aufbau und wird daher nicht weiter beschrieben.
3 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer optischen Baugruppe 40 nach dem Stand der Technik, welche einen als Spiegel 41 ausgebildetes optisches Element und eine Aktuatormatrix 45 umfasst. Der Spiegel 41 ist beispielsweise Teil der in 1 beschriebenen Projektionsoptik 9. Die Aktuatormatrix 45 umfasst mehrere matrixartig angeordnete Aktuatoren 46, die auf der Spiegelrückseite 42, also auf der der optischen Wirkfläche entgegengesetzten Seite des Spiegels 41 angeordnet sind. Durch Auslenken der Aktuatoren 46 wird die Spiegelrückseite 42 deformiert, wodurch durch die Steifigkeit des Spiegels 41 auch die optische Wirkfläche des Spiegels 41 deformiert wird. Durch die Deformation der optischen Wirkfläche werden die Abbildungseigenschaften des Spiegels 41 verändert, wodurch Abbildungsfehler der Projektionsoptik vermieden oder kompensiert werden können.
4a zeigt eine optische Baugruppe 40 nach dem Stand der Technik, die einen Spiegel 41 und Aktuatoren 46.1 umfasst, welche in einem nicht deformierten Zustand dargestellt ist. Die Aktuatoren 46.1 sind auf der Spiegelrückseite 42, welche der der optischen Wirkfläche 43 gegenüberliegenden Seite des Spiegels 41 entspricht, angeordnet. Die Aktuatoren 46.1 sind mit ihrem einen Ende mit der Spiegelrückseite 42 verbunden und mit dem anderen Ende mit einem Rahmen 44 verbunden. Der Rahmen 44 ist sehr steif und dazu ausgelegt, die Reaktionskräfte des Aktuators 46.1 bei der Deformation des Spiegels 41 aufzunehmen, ohne sich selbst dabei signifikant zu deformieren. Der Spiegel 41 wird also durch die Ausdehnung des Aktuators 46.1 in dessen Längsrichtung deformiert.
Im Gegensatz dazu zeigt die 4b eine Anordnung der optischen Baugruppe 40, in der die Aktuatoren 46.2 nur mit einem Ende mit der Rückseite 42 des Spiegels 41 verbunden sind und die optische Wirkfläche 43 deformiert ist. In diesem Fall wird die Deformation des Spiegels 41 und damit der optischen Wirkfläche 43 durch die Querkontraktion des Aktuators 46.2, also der Querschnittsänderung des Aktuators 46.2 infolge einer Auslenkung in Längsrichtung herbeigeführt. Die mit der Spiegelrückseite 42 verbundene Fläche des Aktuators 46.2 verändert sich, wodurch sich im gezeigten Beispiel an der gegenüberliegenden optischen Wirkfläche 43 eine Wölbung ausbildet. Die einzelnen Aktuatoren 46.2 können durch eine geeignete Anordnung von nicht dargestellten Elektroden auch als Teil einer Aktuatorschicht 47 ausgebildet sein. Dies hat den Vorteil, dass die Aktuatoren als Aktuatormatrix, wie in 3 beschrieben, als Ganzes mit dem Spiegel 41 verbunden werden können. Weiterhin sind die Spannungsversorgung und die Masseleitung ebenfalls in der Aktuatorschicht 47 integriert, wodurch alle Aktuatoren 46.2 nur an einer Stelle mit einer ebenfalls nicht dargestellten Steuerungseinheit verbunden werden können.
4c zeigt eine aus dem Stand der Technik bekannte Kombination der in den 4a und 4b beschriebenen Anordnungen. Die Aktuatoren 46.3 sind zwischen der Rückseite des Spiegels 41 und einer Rückplatte 63 angeordnet. Diese ist dabei derart ausgebildet, dass sie eine Steifigkeit in einer ähnlichen Größenordnung wie der Spiegel 41 aufweist, also das Verhältnis der Steifigkeiten der Rückplatte 63 und des Spiegels 41 zwischen eins und fünf liegt. Durch diese Anordnung deformieren die Aktuatoren 46.3 den Spiegel 41 sowohl auf Grund des Longitudinaleffekts, also aufgrund einer Formänderung in Längsrichtung des Aktuators 46.3, als auch auf Grund des Transversaleffekts, also aufgrund der Querkontraktion des Aktuators 46.3. Das Verhältnis des longitudinalen und des transversalen Effektes hängt unter anderem vom Verhältnis der Steifigkeiten des Spiegels 41 und der Rückplatte 63 ab. Dieses Verhältnis hat auch Einfluss auf die Breite und das Ausmaß der Deformation des Spiegels.
5 zeigt ein Diagramm, in dem ein typischer räumlicher Temperaturverlauf über eine Aktuatormatrix in x-Richtung, also im Wesentlichen parallel zur optischen Wirkfläche 43, schematisch dargestellt ist, wobei die Aktuatoren durch die gestrichelten Linien dargestellt sind, und ein Teilbereich zwischen den gestrichelten Linien der Ausdehnung L eines Aktuators in x-Richtung entspricht. Die Temperatur variiert in diesem Beispiel über die Ausdehnung der Aktuatormatrix hinweg von circa 30° Celsius bis 37° Celsius. Gut erkennbar sind die erheblichen Temperaturabweichungen von Aktuator zu Aktuator. Selbst innerhalb eines einzelnen Aktuators kann die Temperatur T wie aus der Figur ersichtlich über ein Kelvin variieren. Die gezeigten Variationen führen für unterschiedliche Aktuatoren und wie gezeigt auch innerhalb eines Aktuators zu einer unterschiedlichen Wärmedehnung und zu einem lokal unterschiedlichen elektrostriktiven, piezoelektrischen oder magnetostriktiven Effekt, der die Regelbarkeit der betroffenen Aktuatoren beeinflusst. Es ist also wünschenswert, dem in der 5 angedeuteten Effekt entgegen zu wirken.
6a bis 6d zeigen verschiedene Ausführungsformen der Erfindung, bei welchen die Temperaturunterschiede innerhalb eines Aktuators 46.2 und untereinander mit Hilfe von Temperiervorrichtungen 48 mit Heizelementen 54 minimiert werden.
6a zeigt eine optische Baugruppe 40 mit einer Temperiervorrichtung 48, welche eine externe Steuereinheit 49 umfasst. Der Spiegel 41 ist mit mehreren Aktuatoren 46.2 versehen, die in einer Aktuatorschicht 47 ausgebildet sind, wie in 4b dargestellt, wobei jeder Aktuator 46.2 einen als Temperatursensor 52 ausgebildeten Sensor und ein Heizelement 54 umfasst. Das vom Temperatursensor 52 generierte Signal wird an die Regelungseinheit 50 der externen Steuereinheit 49 über eine Signalleitung 53 übermittelt. Die Regelungseinheit 50 bestimmt die für die Erreichung der Soll-Temperatur erforderliche Heizleistung und die ebenfalls in der Steuereinheit 49 angeordnet Spannungsversorgung 51 steuert das Heizelement 54 über eine Versorgungsleitung 55 an.
Im Unterschied dazu zeigt die 6b eine Ausführungsform der optischen Baugruppe 40, in welcher an Stelle einer externen Regelungseinheit jedem Aktuator 46.2 eine Regelungseinheit 50 zugeordnet ist, wobei der Aufbau der Aktuatoren 46.2 in der Aktuatorschicht 47 identisch wie in 6a ausgeführt ist. Die Regelungseinheit 50 ist zusammen mit dem Heizelement 54 und dem Temperatursensor 52 direkt am Aktuator 46.2 angebunden. Dadurch wird die Anzahl der erforderlichen Anbindungen zwischen der sogenannten festen Welt, also dem Grundrahmen der Projektionsbelichtungsanlage und den damit verbundenen Bauteilen, wie der Steuereinheit, vorteilhaft minimiert. Die auf dem Spiegel 41 angeordneten Aktuatoren 46.2 sind nur noch durch eine Versorgungsleitung 55 mit der Spannungsversorgung 51 verbunden und die Signalleitungen sind durch die Integration von Regelungseinheit 50, Sensor 52 und Heizelement 54 nicht mehr notwendig. Die Spannungsversorgung 51 aller Heizelemente 54 ist durch eine Verbindung der Heizelemente 54 untereinander, ausgehend von dem mit der Spannungsversorgung 51 verbundenen Heizelement 54, sichergestellt.
6c zeigt einen Schnitt durch einen Aktuator 46.2, der ein Heizelement 54 umfasst. Der Aktuator 46.2 umfasst zwei Elektroden 56, so dass der Bereich der Aktuatorschicht 47 zwischen den Elektroden als aktiver Bereich 57 wirkt und der inaktive Bereich 58 zur Verbindung der Aktuatoren 46.2 untereinander und mit dem Spiegel 41 ausgebildet ist. In dieser Ausführungsform ist das Heizelement 54 im inaktiven Bereich 58 ausgebildet. Das Heizelement 54 ist als Widerstandsheizung ausgebildet, so dass die gleiche Technologie wie bei der Einbringung der Elektroden in die Aktuatorschicht 47 zur Herstellung des Heizelementes 54 angewendet werden kann.
6d zeigt eine Schnittdarstellung durch das in 6c dargestellte Heizelement 54, wobei das Heizelement 54 mäanderförmig ausgebildet ist. Die mäanderförmige Ausbildung verlängert die Leitungslänge pro Fläche, so dass eine höhere Heizleistung pro Fläche eingestellt werden kann.
Auch die in 4c dargestellte Variante mit Rückplatte kann durch die in den 6a bis d gezeigten Heizelemente beheizt werden.
In den 7a und 7b wird die Wirkungsweise einer weiteren Ausführungsform einer Temperiervorrichtung beschrieben, wobei diese Temperiervorrichtung selbstregulierend wirkt, also keine externe Regelung notwendig ist.
7a zeigt ein Diagramm, in dem für verschiedene Thermistorkonstanten B der Widerstand über die Temperatur dargestellt ist. Die Thermistorkonstante B beschreibt den Verlauf des Widerstandes über der Temperatur eines Heißleiters, der auch als NTC-Widerstand oder NTC-Thermistor (Negative Temperature Coefficient) bekannt ist. Ein Heißleiter weist als wesentliche Eigenschaft einen negativen Temperaturkoeffizienten auf und leitet bei hohen Temperaturen den elektrischen Strom besser als bei tiefen Temperaturen. Durch eine geeignete Auswahl der Thermistorkonstante kann ein Heizelement, wie in 6d dargestellt, als selbstregulierende Temperiervorrichtung ausgelegt werden.
7b zeigt die prinzipielle Funktionsweise eines Aktuators 46.2 auf einem Spiegel 41 mit einem Heißleiter 54.1 als Heizelement. Die als Widerstände 59 dargestellten Abschnitte des Heißleiters 54.1 sollen die von der Temperatur abhängigen, gegebenenfalls bereichsweise unterschiedlichen Widerstände des Heißleiters 54.1 darstellen. In dem schraffierten Bereich des Aktuators 46.1, in dem die Soll-Temperatur erreicht ist, ist der Widerstand des Heißleiters gering, so dass nur die Verlustleistung durch Abstrahlung von Wärme und/oder Wärmeleitung kompensiert wird. Im nicht schraffierten Bereich, in dem die Temperatur unterhalb der Soll-Temperatur liegt, ist der Widerstand des Heißleiters 54.1 höher, so dass es zu einer Erwärmung dieses Bereiches bis zur Soll-Temperatur kommt. Dadurch wird der Aktuator 46.2 immer auf einer konstanten und gleichmäßigen Temperatur gehalten. Die in der Figur dargestellte mäanderförmige Anordnung des Heißleiters 54.1 kann auch um 90° verdreht zu der dargestellten Richtung ausgebildet sein.
8a und 8b zeigen weitere Ausführungsformen der Temperiervorrichtung 48, in der ein Fluidkanal 61 zur Anwendung kommt.
8a zeigt ein Ausführungsbeispiel, in dem als Mittel zur Kühlung des Aktuators 46.2 Fluidkanäle 61 im inaktiven Bereich 58 des Aktuators 46.2 in der Aktuatorschicht 47 auf der von der Anbindung an den Spiegel 41 abgewandten Seite des Aktuators 46.2 ausgebildet sind. Die Fluidkanäle 61 können bei Bedarf von einem Temperierfluid durchströmt werden. Dadurch kann der Aktuator 46.2 auf eine Soll-Temperatur temperiert werden.
8b zeigt eine Variante, bei welcher Fluidkanäle 61 im Spiegel 41 ausgebildet sind. Die Fluidkanäle 61 sind dabei wenige Millimeter von der Rückseite 42 des Spiegels 41 ausgebildet, so dass die optische Wirkfläche 43 des Spiegels nicht durch den Druck des Temperierfluids deformiert wird. Die Fluidkanäle 61 verhindern eine Erwärmung der Aktuatoren 46.2 durch den Spiegel 41 und führen die in dem Aktuator 46.2 entstehende Wärme ab. Alternativ kann die Temperiervorrichtung 48 auch derart ausgelegt werden, dass die gesamte durch die Absorption von Nutzlicht im Spiegel 41 aufgenommene Wärme abgeführt wird.
8c zeigt die in 4c dargestellte Anordnung, wobei Fluidkanäle 61 in der Rückplatte 63 angeordnet sind, wodurch die von den Aktuatoren 46.3 erzeugte und von der Erwärmung des Spiegels 41 kommende Wärme an die Rückplatte 63 abgegeben werden kann. Prinzipiell können die Fluidkanäle 61 auch mit warmen Wasser oder Wasserdampf durchströmt werden und den Aktuator 46.3 so, wie bei den Ausführungsbeispielen, die unter den 6a bis 6d und 7a und 7b beschrieben sind, durch Erwärmung auf eine konstante Temperatur temperieren.
Bezugszeichenliste

1: DUV - Projektionsbelichtungsanlage
2: Wafer
3: Beleuchtungseinrichtung
4: Lichtquelle
5: Beleuchtungsoptik
6: Retikelhalter
7: Retikel
8: Objektfeld
9: Objektebene
10: Waferhalter
11: Bildfeld
12: Bildebene
13: Projektionsoptik
14: optische Elemente (Projektionsoptik)
15: Fassungen
16: Objektivgehäuse
17: Projektionsstrahl
18: optische Elemente (Beleuchtungseinrichtung)
40: Optische Baugruppe
41: Spiegel
42: Spiegelrückseite
43: optische Wirkfläche
44: Rahmen
45: Aktuatormatrix
46.1,46.2,46.3: Aktuator
47: Aktuatorschicht
48: Temperiervorrichtung
49: Steuereinheit
50: Regelungseinheit
51: Spannungsversorgung
52: Temperatursensor
53: Signalleitung
54, 54.1: Heizelement
55: Versorgungsleitung
56: Elektrode
57: aktiver Bereich
58: inaktiver Bereich
59: Widerstand
61: Fluidkanal
63: Rückplatte
101: EUV - Projektionsbelichtungsanlage
102: Wafer
103: Beleuchtungseinrichtung
104: Lichtquelle
105: Beleuchtungsoptik
106: Retikelhalter
107: Retikel
108: Objektfeld
109: Objektebene
110: Waferhalter
111: Bildfeld
112: Bildebene
113: Projektionsoptik
114: optische Elemente (Projektionsoptik)
115: Fassungen
116: Objektivgehäuse
117: Projektionsstrahl
118: optische Elemente (Beleuchtungseinrichtung)
119: Zwischenfokus
120: Feldfacettenspiegel
121: Pupillenfacettenspiegel
122: optische Baugruppe
L: Länge eines Aktuators
T: Temperatur

Claims

Projektionsbelichtungsanlage (1,101) für die Halbleiterlithographie mit einer optischen Baugruppe (40), wobei die optische Baugruppe (40) - ein deformierbares optisches Element (41) und - mindestens einen Aktuator (46.1,46.2,46.3) zur Deformation des optischen Elementes (41) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Baugruppe (40) eine Temperiervorrichtung zur Temperierung des Aktuators (46.1,46.2,46.3) umfasst.
Projektionsbelichtungsanlage (1,101) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem optischen Element um einen Spiegel (41) handelt.
Projektionsbelichtungsanlage (1,101) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Baugruppe (40) mehrere einzelne Aktuatoren (46.1,46.2,46.3) umfasst.
Projektionsbelichtungsanlage (1,101) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiervorrichtung (48) ein Heizelement (54,54.1) zur Erwärmung des Aktuators (46.1,46.2,46.3) umfasst.
Projektionsbelichtungsanlage (1,101) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (54,54.1) als Teil des Aktuators (46.1,46.2,46.3) ausgebildet ist.
Projektionsbelichtungsanlage (1,101) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (54,54.1) als Widerstandsheizung ausgebildet ist.
Projektionsbelichtungsanlage (1,101) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiervorrichtung (48) selbstregulierend ausgebildet ist.
Projektionsbelichtungsanlage (1,101) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiervorrichtung (48) Mittel (61) zur Kühlung des Aktuators umfasst.
Projektionsbelichtungsanlage (1,101) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiervorrichtung (48) Fluidkanäle (61) zur Erwärmung und/oder Kühlung des Aktuators (46.1,46.2,46.3) umfasst.
Projektionsbelichtungsanlage (1,101) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidkanäle (61) im Aktuator (46.1,46.2,46.3) angeordnet sind.
Projektionsbelichtungsanlage (1,101) nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidkanäle (61) im optischen Element angeordnet sind.
Projektionsbelichtungsanlage (1,101) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiervorrichtung (48) einen Sensor (52) umfasst.
Projektionsbelichtungsanlage (1,101) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiervorrichtung (48) eine Regelungseinheit (50) umfasst.