DE102020212569A1

DE102020212569A1 - Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie

Info

Publication number: DE102020212569A1
Application number: DE102020212569.4A
Authority: DE
Inventors: Dirk Schaffer
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2020-10-06
Filing date: 2020-10-06
Publication date: 2021-12-09

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie, umfassend zwei mittels einer stoffschlüssigen Verbindung mechanisch mit einander verbundene Elemente (30,33) wobei die beiden Elemente (30,33) jeweils einen Kontaktbereich (31,34) aufweisen, der mit einem korrespondierenden Kontaktbereich (31,34) des jeweils anderen Elements (30,33) in direktem Berührungskontakt steht. Erfindungsgemäß ist mindestens einer der Kontaktbereiche (31,34) mindestens bereichsweise mit einer Hartschicht (39) versehen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie.
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, einem sogenannten Retikel, 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 100 nm und 400 nm, insbesondere von 193 nm hergestellt. Durch die Einführung von Belichtungsverfahren im EUV-Bereich 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 193 nm weiter gestiegen.
Für eine möglichst fehlerfreie Abbildung des Retikels wie auch für gegebenenfalls erforderliche Korrekturen ist es wesentlich, dass Komponenten, die beispielsweise mehrere mit einander stoffschlüssig mechanisch verbundene Elementen umfassen, eine gewisse Langzeitstabilität der mit einander verbundenen Elemente aufweisen. Darunter ist insbesondere zu verstehen, dass die verbundenen Elemente über einen möglichst langen Zeitraum ihre Ausrichtung zueinander möglichst exakt beibehalten. In der Vergangenheit wurden dazu verschiedene Lösungen vorgestellt.
So wird beispielsweise in der deutschen Patentanmeldung DE 10 2006 050 653 A1 , die auf die Anmelderin zurückgeht, vorgeschlagen, die Positionierung der verbundenen Elemente über einen Formschluss, insbesondere eine direkte mechanische Berührung der Elemente in einem Kontaktbereich, zu erreichen. Dadurch fängt das Material des Kontaktbereiches beim Aushärten und dem damit verbundenem Schrumpfen einer Klebeverbindung einen Teil der damit einhergehenden Relativbewegung der Elemente ab. Allerdings wird das Material der Elemente im Kontaktbereich dadurch in einem gewissen Ausmaß elastisch verformt. Bei späteren Änderungen der Eigenschaften der Klebeverbindung, beispielsweise durch Alterung des Klebers und/oder Feuchtigkeitsaufnahme, besteht das Risiko, dass die durch die elastische Verformung des Materials wirkende Federkraft eine gewisse Relativbewegung der Elemente zu einander auslöst.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Projektionsbelichtungsanlage mit stoffschlüssig verbundenen Elementen anzugeben, bei welcher die relative Positionierung der optischen Elemente über einen möglichst langen Zeitraum stabil bleibt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Projektionsbelichtungsanlage mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen und Varianten der Erfindung.
Eine erfindungsgemäße Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie umfasst zwei mittels einer stoffschlüssigen Verbindung mechanisch mit einander verbundene Elemente. Dabei weisen die beiden Elemente jeweils einen Kontaktbereich auf, der mit einem korrespondierenden Kontaktbereich des jeweils anderen Elements in direktem Berührungskontakt steht. Erfindungsgemäß ist mindestens einer der Kontaktbereiche mindestens bereichsweise mit einer Hartschicht versehen.
Die stoffschlüssige Verbindung kann dabei beispielsweise als Klebe- oder Lötverbindung ausgebildet sein. Auch eine Schweißverbindung ist denkbar.
Unter einer Hartschicht ist eine Materialschicht zu verstehen, die eine gegenüber dem Grundmaterial desjenigen Elementes, auf welchem sie angeordnet ist, eine größere Härte aufweist. Mit der größeren Härte ist prinzipiell ein höherer Elastizitätsmodul verbunden, so dass die Hartschicht sich unter lokalem Druck in einem geringeren Ausmaß verformt als das Grundmaterial des jeweiligen Elementes. Damit erfolgt bereits beispielsweise beim Aushärten eines Klebers und einer damit verbundenen Schrumpfung des Klebers eine geringere elastische Deformation des mit der Hartschicht versehenen Elementes im Kontaktbereich. Dies beruht einerseits auf der bereits angesprochenen größeren Härte der Hartschicht, andererseits auch auf einer Verteilung der durch die Kleberschrumpfung auftretenden Kräfte über einen größeren Bereich des jeweiligen Elementes, so dass der lokale Druck oder Zug im Grundmaterial des Elementes und damit dessen elastische Verformung bereits beim Fügen verringert wird. Spätere Spannungsänderungen im Material der stoffschlüssigen Verbindung wirken sich damit in einer geringeren Auslenkung der beiden Elemente zu einander aus.
Die Hartschicht kann ein von dem Grundmaterial des jeweiligen Elementes verschiedenes Material umfassen, beispielsweise ein Metall, Hartmetall oder Diamant.
In einer vorteilhaften Variante der Erfindung kann die Hartschicht auch ein durch ein Härteverfahren modifiziertes Grundmaterial des jeweiligen Elementes umfassen; auch Kombinationen aus einer so erzeugten lokalen Härtung und dem Aufbringen einer gesonderten Hartschicht sind denkbar.
Insbesondere für metallische Grundmaterialien kann hier eine thermische Oberflächenhärtung insbesondere für Stahl in Frage kommen, beispielsweise durch Flammhärten, Induktionshärten, Laserstrahl- und Elektronenstrahlhärten oder Austenitisieren. Auch Nitrieren ist denkbar.
Die Hartschicht kann insbesondere eine Dicke im Bereich von 0,2-2mm aufweisen.
Bei dem ersten Element kann es sich insbesondere um ein Sensortarget und bei dem zweiten Element um ein Referenzelement handeln. Das Referenzelement kann beispielsweise an einem Spiegel einer Projektionsoptik angeordnet oder ausgebildet sein und das Sensortarget aufnehmen. Mit Hilfe mehrerer solcher Sensortargets und dazu korrespondierenden Sensorköpfen kann die Position eines Spiegels innerhalb einer Projektionsoptik hochgenau bestimmt werden. Dadurch können die Spiegel einer Projektionsoptik präzise zueinander positioniert werden, wodurch eine extreme Abbildungsgenauigkeit erreicht werden kann.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Bereich des direkten Berührungskontaktes als Kontaktpunkt ausgebildet. Ein derartiger Kontaktpunkt kann insbesondere dann entstehen, wenn der Kontaktbereich eines der verbundenen Elemente als ebene Fläche und der Kontaktbereich des anderen Elementes als Teil einer kugelförmigen Fläche ausgebildet ist. Auch andere Varianten sind denkbar, insbesondere in Fällen, in denen einer der Kontaktbereiche eine Spitze, beispielsweise die Spitze eines Konus, aufweist.
Ebenso kann der Bereich des direkten Berührungskontaktes als Kontaktlinie ausgebildet sein. Eine derartige Kontaktlinie kommt insbesondere dann zustande, wenn eine Kante auf einen ebenen Bereich trifft. In Fällen, in denen die Kante als umlaufende, beispielsweise kreisförmige Kante ausgebildet ist, entsteht eine umlaufende Kontaktlinie im Bereich des direkten Berührungskontaktes.
Dadurch, dass beide Kontaktbereiche mit einer Hartschicht versehen sind, kann eine weiter verbesserte Langzeitstabilität der Verbindung gegenüber einer wie oben beschriebenen mechanischen Drift erreicht werden.
Nachfolgend werden Ausführungsformen und Varianten der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

1 eine schematische Darstellung im Meridionalschnitt einer Projektionsbelichtungsanlage für die EUV-Projektionslithographie,
2a,b zwei Varianten zu einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
3a,b zwei Varianten zu einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
4 eine weitere Ausführungsform der Erfindung, und
5 eine weitere Ausführungsform der Erfindung.

Im Folgenden werden zunächst unter Bezugnahme auf die 1 exemplarisch die wesentlichen Bestandteile einer Projektionsbelichtungsanlage 1 für die Mikrolithographie beschrieben. Die Beschreibung des grundsätzlichen Aufbaus der Projektionsbelichtungsanlage 1 sowie deren Bestandteile seien hierbei nicht einschränkend verstanden.
Ein Beleuchtungssystem 2 der Projektionsbelichtungsanlage 1 hat neben einer Strahlungsquelle 3 eine Beleuchtungsoptik 4 zur Beleuchtung eines Objektfeldes 5 in einer Objektebene 6. Belichtet wird hierbei ein im Objektfeld 5 angeordnetes Retikel 7. Das Retikel 7 ist von einem Retikelhalter 8 gehalten. Der Retikelhalter 8 ist über einen Retikelverlagerungsantrieb 9 insbesondere in einer Scanrichtung verlagerbar.
In der 1 ist zur Erläuterung ein kartesisches xyz-Koordinatensystem eingezeichnet. Die x-Richtung verläuft senkrecht zur Zeichenebene hinein. Die y-Richtung verläuft horizontal und die z-Richtung verläuft vertikal. Die Scanrichtung verläuft in der 1 längs der y-Richtung. Die z-Richtung verläuft senkrecht zur Objektebene 6.
Die Projektionsbelichtungsanlage 1 umfasst eine Projektionsoptik 10. Die Projektionsoptik 10 dient zur Abbildung des Objektfeldes 5 in ein Bildfeld 11 in einer Bildebene 12. Die Bildebene 12 verläuft parallel zur Objektebene 6. Alternativ ist auch ein von 0° verschiedener Winkel zwischen der Objektebene 6 und der Bildebene 12 möglich.
Abgebildet wird eine Struktur auf dem Retikel 7 auf eine lichtempfindliche Schicht eines im Bereich des Bildfeldes 11 in der Bildebene 12 angeordneten Wafers 13. Der Wafer 13 wird von einem Waferhalter 14 gehalten. Der Waferhalter 14 ist über einen Waferverlagerungsantrieb 15 insbesondere längs der y-Richtung verlagerbar. Die Verlagerung einerseits des Retikels 7 über den Retikelverlagerungsantrieb 9 und andererseits des Wafers 13 über den Waferverlagerungsantrieb 15 kann synchronisiert zueinander erfolgen.
Bei der Strahlungsquelle 3 handelt es sich um eine EUV-Strahlungsquelle. Die Strahlungsquelle 3 emittiert insbesondere EUV-Strahlung 16, welche im Folgenden auch als Nutzstrahlung oder Beleuchtungsstrahlung bezeichnet wird. Die Nutzstrahlung hat insbesondere eine Wellenlänge im Bereich zwischen 5 nm und 30 nm. Bei der Strahlungsquelle 3 kann es sich um eine Plasmaquelle handeln, zum Beispiel um eine LPP (Laser Produced Plasma, mithilfe eines Lasers erzeugtes Plasma)-Quelle oder um eine DPP (Gas Discharged Produced Plasma, mittels Gasentladung erzeugtes Plasma)-Quelle. Es kann sich auch um eine synchrotron-basierte Strahlungsquelle handeln. Bei der Strahlungsquelle 3 kann es sich um einen Freie-Elektronen-Laser (Free-Electron-Laser, FEL) handeln.
Die Beleuchtungsstrahlung 16, die von der Strahlungsquelle 3 ausgeht, wird von einem Kollektor 17 gebündelt. Bei dem Kollektor 17 kann es sich um einen Kollektor mit einer oder mit mehreren ellipsoidalen und/oder hyperboloiden Reflexionsflächen handeln. Die mindestens eine Reflexionsfläche des Kollektors 17 kann im streifenden Einfall (Grazing Incidence, GI), also mit Einfallswinkeln größer als 45°, oder im normalen Einfall (Normal Incidence, NI), also mit Einfallwinkeln kleiner als 45°, mit der Beleuchtungsstrahlung 16 beaufschlagt werden. Der Kollektor 17 kann einerseits zur Optimierung seiner Reflektivität für die Nutzstrahlung und andererseits zur Unterdrückung von Falschlicht strukturiert und/oder beschichtet sein.
Nach dem Kollektor 17 propagiert die Beleuchtungsstrahlung 16 durch einen Zwischenfokus in einer Zwischenfokusebene 18. Die Zwischenfokusebene 18 kann eine Trennung zwischen einem Strahlungsquellenmodul, aufweisend die Strahlungsquelle 3 und den Kollektor 17, und der Beleuchtungsoptik 4 darstellen.
Die Beleuchtungsoptik 4 umfasst einen Umlenkspiegel 19 und diesem im Strahlengang nachgeordnet einen ersten Facettenspiegel 20. Bei dem Umlenkspiegel 19 kann es sich um einen planen Umlenkspiegel oder alternativ um einen Spiegel mit einer über die reine Umlenkungswirkung hinaus bündelbeeinflussenden Wirkung handeln. Alternativ oder zusätzlich kann der Spiegel 19 als Spektralfilter ausgeführt sein, der eine Nutzlichtwellenlänge der Beleuchtungsstrahlung 16 von Falschlicht einer hiervon abweichenden Wellenlänge trennt. Sofern der erste Facettenspiegel 20 in einer Ebene der Beleuchtungsoptik 4 angeordnet ist, die zur Objektebene 6 als Feldebene optisch konjugiert ist, wird dieser auch als Feldfacettenspiegel bezeichnet. Der erste Facettenspiegel 20 umfasst eine Vielzahl von einzelnen ersten Facetten 21, welche im Folgenden auch als Feldfacetten bezeichnet werden. Von diesen Facetten 21 sind in der 1 nur beispielhaft einige dargestellt.
Die ersten Facetten 21 können als makroskopische Facetten ausgeführt sein, insbesondere als rechteckige Facetten oder als Facetten mit bogenförmiger oder teilkreisförmiger Randkontur. Die ersten Facetten 21 können als plane Facetten oder alternativ als konvex oder konkav gekrümmte Facetten ausgeführt sein.
Wie beispielsweise aus der DE 10 2008 009 600 A1 bekannt ist, können die ersten Facetten 21 selbst jeweils auch aus einer Vielzahl von Einzelspiegeln, insbesondere einer Vielzahl von Mikrospiegeln, zusammengesetzt sein. Der erste Facettenspiegel 20 kann insbesondere als mikroelektromechanisches System (MEMS-System) ausgebildet sein. Für Details wird auf die DE 10 2008 009 600 A1 verwiesen.
Zwischen dem Kollektor 17 und dem Umlenkspiegel 19 verläuft die Beleuchtungsstrahlung 16 horizontal, also längs der y-Richtung.
Im Strahlengang der Beleuchtungsoptik 4 ist dem ersten Facettenspiegel 20 nachgeordnet ein zweiter Facettenspiegel 22. Sofern der zweite Facettenspiegel 22 in einer Pupillenebene der Beleuchtungsoptik 4 angeordnet ist, wird dieser auch als Pupillenfacettenspiegel bezeichnet. Der zweite Facettenspiegel 22 kann auch beabstandet zu einer Pupillenebene der Beleuchtungsoptik 4 angeordnet sein. In diesem Fall wird die Kombination aus dem ersten Facettenspiegel 20 und dem zweiten Facettenspiegel 22 auch als spekularer Reflektor bezeichnet. Spekulare Reflektoren sind bekannt aus der US 2006/0132747 A1 , der EP 1 614 008 B1 und der US 6,573,978 .
Der zweite Facettenspiegel 22 umfasst eine Mehrzahl von zweiten Facetten 23. Die zweiten Facetten 23 werden im Falle eines Pupillenfacettenspiegels auch als Pupillenfacetten bezeichnet.
Bei den zweiten Facetten 23 kann es sich ebenfalls um makroskopische Facetten, die beispielsweise rund, rechteckig oder auch hexagonal berandet sein können, oder alternativ um aus Mikrospiegeln zusammengesetzte Facetten handeln. Diesbezüglich wird ebenfalls auf die DE 10 2008 009 600 A1 verwiesen.
Die zweiten Facetten 23 können plane oder alternativ konvex oder konkav gekrümmte Reflexionsflächen aufweisen.
Die Beleuchtungsoptik 4 bildet somit ein doppelt facettiertes System. Dieses grundlegende Prinzip wird auch als Fliegenaugeintegrator (Fly's Eye Integrator) bezeichnet.
Es kann vorteilhaft sein, den zweiten Facettenspiegel 22 nicht exakt in einer Ebene, welche zu einer Pupillenebene der Projektionsoptik 10 optisch konjugiert ist, anzuordnen.
Mit Hilfe des zweiten Facettenspiegels 22 werden die einzelnen ersten Facetten 21 in das Objektfeld 5 abgebildet. Der zweite Facettenspiegel 22 ist der letzte bündelformende oder auch tatsächlich der letzte Spiegel für die Beleuchtungsstrahlung 16 im Strahlengang vor dem Objektfeld 5.
Bei einer weiteren, nicht dargestellten Ausführung der Beleuchtungsoptik 4 kann im Strahlengang zwischen dem zweiten Facettenspiegel 22 und dem Objektfeld 5 eine Übertragungsoptik angeordnet sein, die insbesondere zur Abbildung der ersten Facetten 21 in das Objektfeld 5 beiträgt. Die Übertragungsoptik kann genau einen Spiegel, alternativ aber auch zwei oder mehr Spiegel aufweisen, welche hintereinander im Strahlengang der Beleuchtungsoptik 4 angeordnet sind. Die Übertragungsoptik kann insbesondere einen oder zwei Spiegel für senkrechten Einfall (NI-Spiegel, Normal Incidence Spiegel) und/oder einen oder zwei Spiegel für streifenden Einfall (GI-Spiegel, Gracing Incidence Spiegel) umfassen.
Die Beleuchtungsoptik 4 hat bei der Ausführung, die in der 1 gezeigt ist, nach dem Kollektor 17 genau drei Spiegel, nämlich den Umlenkspiegel 19, den Feldfacettenspiegel 20 und den Pupillenfacettenspiegel 22.
Bei einer weiteren Ausführung der Beleuchtungsoptik 4 kann der Umlenkspiegel 19 auch entfallen, so dass die Beleuchtungsoptik 4 nach dem Kollektor 17 dann genau zwei Spiegel aufweisen kann, nämlich den ersten Facettenspiegel 20 und den zweiten Facettenspiegel 22.
Die Abbildung der ersten Facetten 21 mittels der zweiten Facetten 23 beziehungsweise mit den zweiten Facetten 23 und einer Übertragungsoptik in die Objektebene 6 ist regelmäßig nur eine näherungsweise Abbildung.
Die Projektionsoptik 10 umfasst eine Mehrzahl von Spiegeln Mi, welche gemäß ihrer Anordnung im Strahlengang der Projektionsbelichtungsanlage 1 durchnummeriert sind.
Bei dem in der 1 dargestellten Beispiel umfasst die Projektionsoptik 10 sechs Spiegel M1 bis M6. Alternativen mit vier, acht, zehn, zwölf oder einer anderen Anzahl an Spiegeln Mi sind ebenso möglich. Der vorletzte Spiegel M5 und der letzte Spiegel M6 haben jeweils eine Durchtrittsöffnung für die Beleuchtungsstrahlung 16. Bei der Projektionsoptik 10 handelt es sich um eine doppelt obskurierte Optik. Die Projektionsoptik 10 hat eine bildseitige numerische Apertur, die größer ist als 0,5 und die auch größer sein kann als 0,6 und die beispielsweise 0,7 oder 0,75 betragen kann.
Reflexionsflächen der Spiegel Mi können als Freiformflächen ohne Rotationssymmetrieachse ausgeführt sein. Alternativ können die Reflexionsflächen der Spiegel Mi als asphärische Flächen mit genau einer Rotationssymmetrieachse der Reflexionsflächenform gestaltet sein. Die Spiegel Mi können, genauso wie die Spiegel der Beleuchtungsoptik 4, hoch reflektierende Beschichtungen für die Beleuchtungsstrahlung 16 aufweisen. Diese Beschichtungen können als Multilayer-Beschichtungen, insbesondere mit alternierenden Lagen aus Molybdän und Silizium, gestaltet sein.
Die Projektionsoptik 10 hat einen großen Objekt-Bildversatz in der y-Richtung zwischen einer y-Koordinate eines Zentrums des Objektfeldes 5 und einer y-Koordinate des Zentrums des Bildfeldes 11. Dieser Objekt-Bild-Versatz in der y-Richtung kann in etwa so groß sein wie ein z-Abstand zwischen der Objektebene 6 und der Bildebene 12.
Die Projektionsoptik 10 kann insbesondere anamorphotisch ausgebildet sein. Sie weist insbesondere unterschiedliche Abbildungsmaßstäbe βx, βy in x- und y-Richtung auf. Die beiden Abbildungsmaßstäbe βx, βy der Projektionsoptik 10 liegen bevorzugt bei (ßx, βy) = (+/- 0,25, /+- 0,125). Ein positiver Abbildungsmaßstab β bedeutet eine Abbildung ohne Bildumkehr. Ein negatives Vorzeichen für den Abbildungsmaßstab β bedeutet eine Abbildung mit Bildumkehr.
Die Projektionsoptik 10 führt somit in x-Richtung, das heißt in Richtung senkrecht zur Scanrichtung, zu einer Verkleinerung im Verhältnis 4:1.
Die Projektionsoptik 10 führt in y-Richtung, das heißt in Scanrichtung, zu einer Verkleinerung von 8:1.
Andere Abbildungsmaßstäbe sind ebenso möglich. Auch vorzeichengleiche und absolut gleiche Abbildungsmaßstäbe in x- und y-Richtung, zum Beispiel mit Absolutwerten von 0,125 oder von 0,25, sind möglich.
Die Anzahl von Zwischenbildebenen in der x- und in der y-Richtung im Strahlengang zwischen dem Objektfeld 5 und dem Bildfeld 11 kann gleich sein oder kann, je nach Ausführung der Projektionsoptik 10, unterschiedlich sein. Beispiele für Projektionsoptiken mit unterschiedlichen Anzahlen derartiger Zwischenbilder in x- und y-Richtung sind bekannt aus der US 2018/0074303 A1 .
Jeweils eine der Pupillenfacetten 23 ist genau einer der Feldfacetten 21 zur Ausbildung jeweils eines Beleuchtungskanals zur Ausleuchtung des Objektfeldes 5 zugeordnet. Es kann sich hierdurch insbesondere eine Beleuchtung nach dem Köhlerschen Prinzip ergeben. Das Fernfeld wird mit Hilfe der Feldfacetten 21 in eine Vielzahl an Objektfeldern 5 zerlegt. Die Feldfacetten 21 erzeugen eine Mehrzahl von Bildern des Zwischenfokus auf den diesen jeweils zugeordneten Pupillenfacetten 23.
Die Feldfacetten 21 werden jeweils von einer zugeordneten Pupillenfacette 23 einander überlagernd zur Ausleuchtung des Objektfeldes 5 auf das Retikel 7 abgebildet. Die Ausleuchtung des Objektfeldes 5 ist insbesondere möglichst homogen. Sie weist vorzugsweise einen Uniformitätsfehler von weniger als 2 % auf. Die Felduniformität kann über die Überlagerung unterschiedlicher Beleuchtungskanäle erreicht werden.
Durch eine Anordnung der Pupillenfacetten 23 kann geometrisch die Ausleuchtung der Eintrittspupille der Projektionsoptik 10 definiert werden. Durch Auswahl der Beleuchtungskanäle, insbesondere der Teilmenge der Pupillenfacetten 23, die Licht führen, kann die Intensitätsverteilung in der Eintrittspupille der Projektionsoptik 10 eingestellt werden. Diese Intensitätsverteilung wird auch als Beleuchtungssetting bezeichnet.
Eine ebenfalls bevorzugte Pupillenuniformität im Bereich definiert ausgeleuchteter Abschnitte einer Beleuchtungspupille der Beleuchtungsoptik 4 kann durch eine Umverteilung der Beleuchtungskanäle erreicht werden.
Im Folgenden werden weitere Aspekte und Details der Ausleuchtung des Objektfeldes 5 sowie insbesondere der Eintrittspupille der Projektionsoptik 10 beschrieben.
Die Projektionsoptik 10 kann insbesondere eine homozentrische Eintrittspupille aufweisen. Diese kann zugänglich sein. Sie kann auch unzugänglich sein.
Die Eintrittspupille der Projektionsoptik 10 lässt sich regelmäßig mit dem Pupillenfacettenspiegel 22 nicht exakt ausleuchten. Bei einer Abbildung der Projektionsoptik 10, welche das Zentrum des Pupillenfacettenspiegels 22 telezentrisch auf den Wafer 13 abbildet, schneiden sich die Aperturstrahlen oftmals nicht in einem einzigen Punkt. Es lässt sich jedoch eine Fläche finden, in welcher der paarweise bestimmte Abstand der Aperturstrahlen minimal wird. Diese Fläche stellt die Eintrittspupille oder eine zu ihr konjugierte Fläche im Ortsraum dar. Insbesondere zeigt diese Fläche eine endliche Krümmung.
Es kann sein, dass die Projektionsoptik 10 unterschiedliche Lagen der Eintrittspupille für den tangentialen und für den sagittalen Strahlengang aufweist. In diesem Fall sollte ein abbildendes Element, insbesondere ein optisches Bauelement der Übertragungsoptik, zwischen dem zweiten Facettenspiegel 22 und dem Retikel 7 bereitgestellt werden. Mit Hilfe dieses optischen Elements kann die unterschiedliche Lage der tangentialen Eintrittspupille und der sagittalen Eintrittspupille berücksichtigt werden.
Bei der in der 1 dargestellten Anordnung der Komponenten der Beleuchtungsoptik 4 ist der Pupillenfacettenspiegel 22 in einer zur Eintrittspupille der Projektionsoptik 10 konjugierten Fläche angeordnet. Der Feldfacettenspiegel 20 ist verkippt zur Objektebene 5 angeordnet. Der erste Facettenspiegel 20 ist verkippt zu einer Anordnungsebene angeordnet, die vom Umlenkspiegel 19 definiert ist.
Der erste Facettenspiegel 20 ist verkippt zu einer Anordnungsebene angeordnet, die vom zweiten Facettenspiegel 22 definiert ist.
Die 2a und 2b zeigen zwei Varianten zu einer ersten Ausführungsform der Erfindung, in welchen zwei Elemente 30, 33, welche durch eine Klebeverbindung als stoffschlüssige Verbindung miteinander verbunden sind, dargestellt sind. Das erste Element ist als Referenzelement 33 mit einer Referenzfläche 34 als Kontaktbereich ausgebildet. Das Referenzelement 33 kann beispielsweise an einem Spiegel Mi der in der 1 dargestellten Projektionsoptik 10 angeordnet oder ausgebildet sein. Das zweite Element ist als ein an dem Referenzelement 33 angeordnetes Sensortarget 30 ausgebildet. Die Referenzfläche 34 ist in der in 2a und 2b dargestellten Ausführungsform als Kugelfläche ausgebildet, so dass sich mit dem als ebene Fläche ausgebildeten Kontaktbereich 31 des Sensortargets 30 beim Fügen der Flächen 31, 34 ein Kontaktpunkt 35 ausbildet. Der Kontaktpunkt 35 wird von einem Klebespalt 37 umgeben, in welchem zur Verbindung der beiden Elemente 30, 33 ein Kleber 38 appliziert ist. Der Kleber 38 unterliegt beim Aushärten einer Schrumpfung, also einer Verringerung seines Volumens. Dadurch wirkt auf die beiden bereits am Kontaktpunkt 35 in Kontakt stehenden Elemente 30, 33 eine Kraft, die eine Vorspannung der beiden Elemente 30, 33 zueinander bewirkt. Der Klebespalt 37 und der Kleber 38 werden üblicherweise derart ausgelegt, dass diese Vorspannung, vergleichbar einer Schraubenvorspannung, den Kontakt zwischen den beiden Elementen 30, 33 für alle Betriebszustände gewährleistet, es also nicht zum Abheben eines der Elemente kommt. Die zwischen den Elementen wirkende Kraft durch das Verkleben führt dabei zu einer Deformation der Elemente 30, 33 im Bereich des Kontaktpunktes 35, die im Folgenden auch als initiale Deformation bezeichnet wird. Je weicher das Material der Elemente 30, 33, die beispielsweise aus einer Glaskeramik mit minimalem oder mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von null, wie beispielsweise ULE® oder Zerodur®, gebildet sein können, desto größer bildet sich die durch die Kraft verursachte initiale Deformation aus. Die Elemente 30, 33 können alternativ auch Stahl oder Aluminium oder andere geeignete Materialien umfassen. Zur Minimierung der initialen Deformation der Elemente 30, 33 umfasst die in der 2a dargestellte Kontaktfläche 31 im Bereich des Kontaktpunktes 35 erfindungsgemäß eine beispielsweise als Hartmetallschicht 39 ausgebildete Hartschicht. Diese Hartschicht 39 kann alternativ auch durch ein Härteverfahren oder andere Verfahren bewirkt werden und zeichnet sich durch eine höhere Härte gegenüber einem Grundmaterial der Elemente 30, 33 aus. Die Hartschicht 39 kann prinzipiell jedes Material umfassen, welches eine größere Härte als das Grundmaterial der Elemente 30, 33 aufweist und welches auf den Grundmaterialien aufgebracht werden kann. Beispiele für solche Hartschichten 39 können die oben bereits erwähnte Hartmetallschicht oder auch eine Diamantschicht sein. Die Hartschicht 39 vergrößert die Fläche des Sensortargets 30, welche die durch den Kleber bewirkte Kraft im Kontaktpunkt aufnimmt und verringert dadurch den lokalen Druck, wodurch die initiale Deformation in Richtung der Wirkrichtung der Kraft geringer wird.
Im Fall von im Betrieb auftretenden Dehnungsveränderungen des Klebers beispielsweise durch Feuchtigkeitsänderungen, also von Volumenänderungen des Klebers, verändert sich die auf die Elemente 30, 33 wirkende Kraft. Dadurch ändert sich die Deformation der Elemente 30, 33, so dass sich auch die Position des Sensortargets 30 zum Referenzelement 33 verändert. Dadurch wird die Position beispielsweise eines der in der 1 dargestellten Spiegel Mi zum Rahmen (nicht dargestellt) der Projektionsoptik 10 verändert, was sich negativ auf die Abbildungsgenauigkeit der Projektionsoptik 10 auswirkt.
Dadurch, dass die initiale Deformation durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen verringert wurde, verringern sich auch die Relativbewegungen der Elemente 30, 33 durch Dehnungsveränderungen des Klebers 38 im Betrieb, was sich vorteilhaft auf die Änderung der Abbildungseigenschaften der Projektionsoptik 10 auswirkt.
In der in der 2b dargestellten Variante ist die Hartschicht 39 auf der kugelförmigen Referenzfläche 34 ausgebildet, so dass die initiale Deformation der Referenzfläche 34 auf Basis des gleichen Effektes wie weiter oben beschrieben minimiert wird. Eine Hartschicht 39 auf beiden in Kontakt befindlichen Flächen 31, 34 minimiert die initiale Deformation für beide Elemente 30, 33 und ist daher eine bevorzugte Ausführungsform.
Die 3a und 3b zeigen zwei Varianten zu einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, in welcher ein Sensortarget 30 und ein mit diesem entlang einer Kontaktlinie 36 in Kontakt stehendes Referenzelement 33 dargestellt sind. Auf beiden Seiten der Kontaktlinie 36 ist ein Klebespalt 37 ausgebildet, in welchen ein Kleber 38 appliziert ist. Die Referenzfläche 34 ist in dieser Ausführungsform als ebene Fläche ausgebildet und das Sensortarget 30 umfasst eine Kontaktkante 32. Wie bereits bei der 2a und 2b beschrieben können die Referenzfläche 34 und/oder die Kontaktkante 32 im Bereich der Kontaktlinie 36 eine Hartschicht 39 aufweisen. Zur Minimierung der initialen Deformation des Sensortargets 30 und des Referenzelementes 33 durch die durch den Kleber bewirkte Kraft ist auch in der in der 3a und der 3b dargestellten Ausführungsform eine Hartschicht 39 auf beiden Elementen 30, 33 vorteilhaft und daher zu bevorzugen.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung zeigt die 4, in welcher ein Referenzelement 33 mit kugelförmiger Referenzfläche 34 und ein Sensortarget 30 mit einem korrespondierenden kegelförmigen Kontaktbereich 31 dargestellt sind. Dadurch entsteht beim Verbinden der beiden Elemente 30, 33 eine umlaufende Kontaktlinie 36. Der Klebespalt 37 ist wiederum auf beiden Seiten der umlaufenden Kontaktlinie 36 ausgebildet und ein Kleber 38 ist im Klebespalt 37 appliziert. Die Referenzfläche 34 umfasst im Bereich um die Kontaktlinie 36 eine Hartschicht 39 zur Verteilung der durch den Kleber bewirkten Kraft auf eine größeren Bereich der Referenzfläche 34. Alternativ kann auch der Bereich um die Kontaktlinie 36 des Kontaktbereiches 31 oder beide Flächen 31, 34 beschichtet sein, wobei durch eine Beschichtung beider Elemente 30, 33 eine Minimierung der initialen Deformation erreicht werden kann.
5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, in welcher ein Sensortarget 30 und ein Referenzelement 33 dargestellt sind. Das Sensortarget 30 und das Referenzelement 33 sind jeweils zylindrisch ausgebildet, wobei der Kontaktbereich 31 des Sensortargets 30 als ebene Fläche ausgeführt ist. Das Referenzelement 33 umfasst eine Referenzkante 35, welche als umlaufende Kante im Bereich des Zylinderrandes ausgebildet ist, so dass sich auch in diesem Fall eine umlaufende Kontaktlinie 36 ausbildet. Der Klebespalt 37 ist in dem Bereich innerhalb der Referenzkante 35 ausgebildet, wobei in dem Bereich teilweise Kleber 38 appliziert ist. Wie bereits weiter oben beschrieben, können der Kontaktbereich 31 und/oder die Referenzkante 35 im Bereich der Kontaktlinie 36 eine Hartschicht 39 aufweisen, wobei in der in der 5 gezeigten Ausführungsform die Hartschicht 39 auf der Kontaktfläche 31 ausgebildet ist.
Unabhängig von den beispielhaft in den 2a bis 5 beschriebenen Ausführungsformen gilt, dass die erfindungsgemäße Maßnahme sich insbesondere bei Kontaktpunkten und Kontaktlinien auswirkt, da die Vergrößerung der Fläche in diesen beiden Fällen am größten ist.
Bezugszeichenliste

1: Projektionsbelichtungsanlage
2: Beleuchtungssystem
3: Strahlungsquelle
4: Beleuchtungsoptik
5: Objektfeld
6: Objektebene
7: Retikel
8: Retikelhalter
9: Retikelverlagerungsantrieb
10: Projektionsoptik
11: Bildfeld
12: Bildebene
13: Wafers
14: Waferhalter
15: Waferverlagerungsantrieb
16: EUV-Strahlung
17: Kollektor
18: Zwischenfokusebene
19: Umlenkspiegel
20: Facettenspiegel
21: Facetten
22: Facettenspiegel
23: Facetten
30: Sensortarget
31: Kontaktbereich
32: Kontaktkante
33: Referenzelement
34: Referenzfläche, Kontaktbereich
35: Kontaktpunkt
36: Kontaktlinie
37: Klebespalt
38: Kleber
39: Hartschicht

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006050653 A1 [0005]
DE 102008009600 A1 [0030, 0034]
US 2006/0132747 A1 [0032]
EP 1614008 B1 [0032]
US 6573978 [0032]
US 2018/0074303 A1 [0051]

Claims

Projektionsbelichtungsanlage (1) für die Halbleiterlithographie, umfassend - zwei mittels einer stoffschlüssigen Verbindung mechanisch mit einander verbundene Elemente (30,33) - wobei die beiden Elemente (30,33) jeweils einen Kontaktbereich (31,34) aufweisen, der mit einem korrespondierenden Kontaktbereich (31,34) des jeweils anderen Elements (30,33) in direktem Berührungskontakt steht dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Kontaktbereiche (31,34) mindestens bereichsweise mit einer Hartschicht (39) versehen ist.
Projektionsbelichtungsanlage (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartschicht (39) ein von dem Grundmaterial des jeweiligen Elementes (30,33) verschiedenes Material umfasst.
Projektionsbelichtungsanlage (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartschicht (39) ein Hartmetall oder Diamant umfasst.
Projektionsbelichtungsanlage (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartschicht (39) ein durch ein Härteverfahren modifiziertes Grundmaterial des jeweiligen Elementes (30,33) umfasst.
Projektionsbelichtungsanlage (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem ersten Element (30) um ein Sensortarget und bei dem zweiten Element (33) um ein Referenzelement handelt.
Projektionsbelichtungsanlage (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich des direkten Berührungskontaktes als Kontaktpunkt (35) ausgebildet ist.
Projektionsbelichtungsanlage (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich des direkten Berührungskontaktes als Kontaktlinie (36) ausgebildet ist.
Projektionsbelichtungsanlage (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich des direkten Berührungskontaktes als umlaufende Kontaktlinie (36) ausgebildet ist.
Projektionsbelichtungsanlage (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beide Kontaktbereiche (31,34) mit einer Hartschicht (39) versehen sind.