DE102020212742A1

DE102020212742A1 - Adaptives optisches Element für die Mikrolithographie

Info

Publication number: DE102020212742A1
Application number: DE102020212742.5A
Authority: DE
Inventors: Matthias Manger; Markus Raab; Alexander Vogler
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2020-10-08
Filing date: 2020-10-08
Publication date: 2022-04-14
Also published as: JP2023545694A; US20230229092A1; WO2022074022A1; KR20230061529A; EP4226215A1; TW202221424A

Abstract

Ein adaptives optisches Element (30-5) für die Mikrolithographie mit mindestens einem Manipulator (36) zur Veränderung der Form einer optischen Oberfläche (32) des optischen Elements wird bereitgestellt. Der Manipulator umfasst ein einstückiges dielektrisches Medium (48), welches durch Anlegen eines elektrischen Feldes deformierbar ist, im Verbund mit dem einstückigen dielektrischen Medium angeordnete Elektroden (50; 50, 50h), sowie einen Spannungsgenerator (54), welcher dazu konfiguriert und mit den Elektroden verdrahtet ist, um einerseits eine zur Veränderung einer Längenausdehnung des dielektrischen Mediums (48) dienende Steuerspannung und andererseits eine der Aufheizung des dielektrischen Mediums dienende Wechselspannung an die Elektroden (50; 50, 50h) anzulegen.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein adaptives optisches Element für die Mikrolithographie mit mindestens einem Manipulator zur Veränderung der Form einer optischen Oberfläche des optischen Elements, eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit mindestens einem derartigen adaptiven optischen Element sowie ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen adaptiven optischen Elements.
Zur Gewährleistung einer möglichst präzisen Abbildung der Maskenstrukturen auf den Wafer wird ein Projektionsobjektiv mit möglichst geringen Wellenfrontaberrationen benötigt. Projektionsobjektive werden daher mit Manipulatoren ausgestattet, die es ermöglichen, Wellenfrontfehler durch Zustandsveränderung einzelner optischer Elemente des Projektionsobjektivs zu korrigieren. Beispiele für eine derartige Zustandsveränderung umfassen: eine Lageänderung in einem oder mehreren der sechs Starrkörperfreiheitsgrade des betreffenden optischen Elements und eine Deformation des optischen Elements. Zu letzterer Zustandsveränderung wird das optische Element in der Regel in Gestalt des vorstehend erwähnten adaptiven optischen Elements ausgeführt. Dieses kann zur Aktuierung der optischen Oberfläche piezoelektrische bzw. elektrostriktive Manipulatoren aufweisen. Die Funktionsweise derartiger Manipulatoren beruht auf der Deformation eines dielektrischen Mediums durch das Anlegen eines elektrischen Feldes. Üblicherweise wird zur Bestimmung der gewünschten Zustandsveränderung die Aberrationscharakteristik des Projektionsobjektivs regelmäßig vermessen und gegebenenfalls werden Änderungen in der Aberrationscharakteristik zwischen den einzelnen Messungen durch Simulation bestimmt. So können beispielsweise Linsenaufheizungseffekte rechnerisch berücksichtigt werden.
Probleme bereiten bei der Verwendung von piezoelektrischen bzw. elektrostriktiven adaptiven optischen Elementen oft, dass im Aktuatormaterial auftretende Temperaturvariationen zu erheblichen Ungenauigkeiten in den vom adaptiven optischen Element durchgeführten Oberflächenformkorrekturen führen.
Zugrunde liegende Aufgabe
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein adaptives optisches Element sowie ein Verfahren zum Betreiben eines adaptiven optischen Elements der eingangs erwähnten Art bereitzustellen, womit die vorgenannten Probleme gelöst werden, und insbesondere eine Oberflächenformkorrektur des adaptiven optischen Elements mit verbesserter Genauigkeit erfolgen kann.
Erfindungsgemäße Lösung
Die vorgenannte Aufgabe kann gemäß eines ersten erfindungsgemäßen Aspektes beispielsweise gelöst werden mit einem adaptiven optischen Element für die Mikrolithographie mit mindestens einem Manipulator zur Veränderung der Form einer optischen Oberfläche des optischen Elements, wobei der Manipulator umfasst: ein einstückiges dielektrisches Medium, welches durch Anlegen eines elektrischen Feldes deformierbar ist, im Verbund mit dem einstückigen dielektrischen Medium angeordnete Elektroden, sowie einen Spannungsgenerator, welcher dazu konfiguriert und mit den Elektroden verdrahtet ist, um einerseits eine zur Veränderung einer Längenausdehnung des dielektrischen Mediums dienende Steuerspannung und andererseits eine der Aufheizung des dielektrischen Mediums dienende Wechselspannung an die Elektroden anzulegen.
Unter dem einstückigen dielektrischen Medium wird ein zusammenhängendes und fugenloses monolithisches dielektrisches Medium verstanden, d.h. ggf. vorhandene Verbindungen zwischen verschiedenen Volumenabschnitten des dielektrischen Mediums sind fugenlos. Unter einer fugenlosen Verbindung wird beispielsweise eine Verbindung verstanden, welche durch Sintern erzeugt wurde, nicht jedoch eine durch Kleben erzeugte Verbindung. Das heißt, einzelne Volumenbereiche des dielektrischen Mediums lassen sich nicht voneinander trennen ohne die Materialstruktur im Trennbereich zu verändern bzw. zu zerstören.
Unter im Verbund mit dem einstückigen dielektrischen Medium angeordneten Elektroden sind beispielsweise in das dielektrische Medium eingebettete, d.h. vom dielektrischen Medium umgebene Elektroden und/oder an der Oberfläche des dielektrischen Mediums angeordnete Elektroden zu verstehen. Die Funktionen der Ausdehnung und des Beheizens sind beide innerhalb desselben zusammenhängenden dielektrischen Mediums verwirklicht.
Durch das erfindungsgemäße Vorsehen eines Spannungsgenerators, welcher dazu konfiguriert und verdrahtet ist eine der Aufheizung des dielektrischen Mediums dienende Wechselspannung bereitzustellen, wird es möglich, eine Betriebstemperatur im dielektrischen Medium auf einer vorgegebenen Temperatur konstant zu halten bzw. die Temperatur auf einen definierten Wert einzustellen. Damit wird verhindert, dass aufgrund einer im Belichtungsbetrieb auftretenden inhomogenen Strahlungseinstrahlung auf das optische Element die Temperatur im dielektrischen Medium des Manipulators zeitlich variiert. Dies wiederum verhindert weiterhin, dass aufgrund von Temperaturabhängigkeiten der Deformationsauslenkung des dielektrischen Mediums die Genauigkeit der angestrebten Oberflächenkorrektur des adaptiven optischen Elements leidet.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das adaptive optische Element weiterhin eine derart konfigurierte Verdrahtung für die Elektroden, dass zumindest zwischen den Elektroden eines Elektrodenpaares sowohl die Steuerspannung als auch die Wechselspannung anlegbar ist. Gemäß einer Ausführungsvariante ist zwischen den Elektroden mehrerer, insbesondere einer Mehrzahl bzw. aller, Elektrodenpaare sowohl die Steuerspannung als auch die Wechselspannung anlegbar.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Spannungsgenerator weiterhin dazu konfiguriert, innerhalb des dielektrischen Mediums die Wechselspannung mit einer derart hohen Frequenz zu erzeugen, dass eine Schwingungsamplitude einer dadurch erzeugten Deformation des dielektrischen Mediums gegenüber einer mittels einer entsprechenden statischen Spannung erzeugten Deformation des dielektrischen Mediums um mindestens eine Größenordnung gedämpft ist.
Gemäß eines zweiten erfindungsgemäßen Aspektes kann die Aufgabe gelöst werden mit einem adaptiven optischen Element für die Mikrolithographie mit mindestens einem Manipulator zur Veränderung der Form einer optischen Oberfläche des optischen Elements, wobei der Manipulator umfasst: ein durch Anlegen eines elektrischen Feldes deformierbares dielektrisches Medium, sowie einen Spannungsgenerator, welcher dazu konfiguriert ist innerhalb des dielektrischen Mediums eine der Aufheizung des dielektrischen Mediums dienende Wechselspannung mit einer derart hohen Frequenz zu erzeugen, dass eine Schwingungsamplitude einer dadurch erzeugten Deformation des dielektrischen Mediums gegenüber einer mittels einer entsprechenden statischen Spannung erzeugten Deformation des dielektrischen Mediums um mindestens eine Größenordnung, insbesondere um mindestens den Faktor 20, mindestens den Faktor 50 oder mindestens den Faktor 100, gedämpft ist. Unter der entsprechenden statischen Spannung ist eine Spannung zu verstehen, welche einen der Amplitude der Wechselspannung entsprechenden Spannungswert aufweist.
Gemäß einer Ausführungsform des adaptiven optischen Elements nach dem ersten oder dem zweiten erfindungsgemäßen Aspekt ist der Spannungsgenerator dazu konfiguriert eine Wechselspannung mit einer Frequenz von mindestens 1 kHz, insbesondere von mindestens 10 kHz, mindestens 100 kHz, mindestens 200 kHz oder mindestens 500 kHz, zu erzeugen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das dielektrische Medium ein elektrostriktives Material, bei dem eine durch Anlegen des elektrischen Feldes erfolgende Deformation unabhängig von der Richtung des elektrischen Feldes ist. Unter dem elektrostriktiven Effekt wird in diesem Text der Anteil einer Deformation eines dielektrischen Mediums in Abhängigkeit eines angelegten elektrischen Feldes verstanden, bei dem die Deformation unabhängig von der Richtung des angelegten elektrischen Feldes und insbesondere proportional zum Quadrat des elektrischen Feldes ist. Im Gegensatz dazu wird die lineare Antwort der Deformation auf das elektrische Feld als piezoelektrischer Effekt bezeichnet. Gemäß einer Ausführungsvariante überwiegt im dielektrischen Medium der elektrostriktive Effekt gegenüber einem möglichen piezoelektrischen Effekt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das dielektrische Medium ein piezoelektrisches Material, bei dem eine durch Anlegen des elektrischen Feldes erfolgende Deformation proportional zum elektrischen Feld ist. Gemäß einer Ausführungsvariante überwiegt im dielektrischen Medium der piezoelektrische Effekt gegenüber einem möglichen elektrostriktiven Effekt
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Elektroden in Form eines Stapels von mindestens drei Elektroden, insbesondere in Form eines Stapels von mindestens vier, fünf oder mindestens sechs Elektroden, im dielektrischen Medium angeordnet. Gemäß einer Ausführungsvariante sind die Elektroden derart verdrahtet, dass zwischen jeweils zwei Elektroden des Stapels die Wechselspannung anlegbar ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist zumindest eine der Elektroden außerhalb eines aktiven Volumens des dielektrischen Mediums, in welchem im Manipulatorbetrieb die Längenausdehnung erfolgt, angeordnet und mit einer weiteren der Elektroden zum Anlegen der Wechselspannung verdrahtet. Insbesondere ist die weitere Elektrode ebenfalls außerhalb des aktiven Volumens angeordnet. Gemäß einer Ausführungsvariante ist die außerhalb des aktiven Volumens angeordnete Elektrode im Bereich einer Oberfläche des dielektrischen Mediums angeordnet. Insbesondere ist diese Elektrode zumindest von einer die Oberfläche bildenden Schicht des dielektrischen Mediums bedeckt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der mindestens eine Manipulator durch das Anlegen des elektrischen Feldes parallel zur optischen Oberfläche deformierbar. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der mindestens eine Manipulator durch das Anlegen des elektrischen Feldes senkrecht zur optischen Oberfläche deformierbar.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das adaptive optische Element eine Mehrzahl an Manipulatoren, insbesondere mindestens 3, mindestens 5 oder mindestens 10 Manipulatoren, der vorstehend beschriebenen Art.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die optische Oberfläche zur Reflexion von EUV-Strahlung konfiguriert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das adaptive optische Element weiterhin eine Temperaturmesseinrichtung zum Messen einer im dielektrischen Medium vorliegenden Temperatur. Gemäß einer Ausführungsvariante ist die Temperaturmesseinrichtung dazu konfiguriert, durch Messung einer elektrischen Kapazität im dielektrischen Medium eine darin vorliegende Temperatur zu bestimmen. Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante umfasst die Temperaturmesseinrichtung einen anders gearteten Temperatursensor, wie etwa einen piezoelektrischen Temperatursensor, zum Messen der Temperatur im dielektrischen Medium.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das adaptive optische Element weiterein eine Steuerungseinheit, welche dazu konfiguriert ist, zur Aufheizung des dielektrischen Mediums eine Amplitude und/oder eine Frequenz der Wechselspannung zu steuern. Dabei kann die Heizleistung gemäß einer ersten Ausführungsvariante durch Variation der Spannungsamplitude bei gleichbleibender Frequenz, gemäß einer zweiten Ausführungsvariante durch Variation der Frequenz bei gleichbleibender Spannungsamplitude oder gemäß einer dritten Ausführungsvariante durch geeignete Variation sowohl der Spannungsamplitude als auch der Frequenz erfolgen.
Die Steuerungseinheit kann insbesondere dazu konfiguriert sein, die Amplitude und/oder die Frequenz der Wechselspannung auf Grundlage einer Temperaturmessung im dielektrischen Medium zu steuern. Dazu kann die Steuerungseinheit einen Regler umfassen, welcher in einen Regelkreis eingebettet ist, bei dem die mittels der vorstehend beschriebenen Temperaturmesseinrichtung bestimmte Temperatur im dielektrischen Medium als Regelgröße, eine vorgegebenen Solltemperatur als Führungsgröße, die Amplitude und/oder Frequenz der Wechselspannung als Stellgröße und das dielektrische Medium als Regelstrecke dient. Die Regelung dient dann der derartigen Anpassung der Stellgröße in Form der Frequenz und/oder der Wechselspannung, dass sich die Temperatur im dielektrischen Medium an die Solltemperatur anpasst.
Weiterhin wird erfindungsgemäß eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit mindestens einem adaptiven optischen Element nach einer der vorausgehend beschriebenen Ausführungsformen oder Ausführungsvarianten bereitgestellt. Gemäß einer Ausführungsform ist das adaptive optische Element Teil eines Projektionsobjektivs der Projektionsbelichtungsanlage. Alternativ kann das adaptive optische Element auch Teil einer Beleuchtungsoptik der Projektionsbelichtungsanlage sein.
Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung kann die Aufgabe weiterhin mit einem Verfahren zum Betreiben eines adaptiven optischen Elements einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie zur Veränderung der Form einer optischen Oberfläche des optischen Elements mittels mindestens eines Manipulators gelöst werden. Dieses Verfahren umfasst die Schritte: Bereitstellen des Manipulators mit einem einstückigen dielektrischen Medium, welches durch Anlegen eines elektrischen Feldes deformierbar ist sowie Elektroden umfasst, welche im Verbund mit dem einstückigen dielektrischen Medium angeordnet sind, Anlegen einer Steuerspannung an die Elektroden zur Veränderung einer Längenausdehnung des dielektrischen Mediums, sowie Anlegen einer Wechselspannung an die Elektroden zur Aufheizung des dielektrischen Mediums. Die Wechselspannung wird vorzugsweise so gesteuert, dass das dielektrische Medium auf eine vorgegebene Temperatur aufgeheizt wird.
Gemäß einer Ausführungsform wird die Aufheizung des dielektrischen Mediums durch Variation einer Amplitude und/oder einer Frequenz der an die Elektroden angelegten Wechselspannung gesteuert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das adaptive optische Element mindestens einen weiteren mittels einer Wechselspannung aufheizbaren Manipulator und die an die Elektroden des ersten Manipulators angelegte Wechselspannung und die Wechselspannung zum Aufheizen des weiteren Manipulators werden derart gesteuert, dass sich die Temperaturen der Manipulatoren angleichen.
Gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung kann die Aufgabe weiterhin mit einem Verfahren zum Betreiben eines adaptiven optischen Elements einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie zur Veränderung der Form einer optischen Oberfläche des optischen Elements mittels mindestens eines Manipulators gelöst werden. Dieses Verfahren umfasst die Schritte: Bereitstellen des Manipulators mit einem dielektrischen Medium, welches durch Anlegen eines elektrischen Feldes deformierbar ist, sowie Erzeugen einer Wechselspannung innerhalb des dielektrischen Mediums mit einer derart hohen Frequenz, dass eine Schwingungsamplitude einer dadurch erzeugten Deformation des dielektrischen Mediums gegenüber einer mittels einer entsprechenden statischen Spannung erzeugten Deformation des dielektrischen Mediums um mindestens eine Größenordnung gedämpft ist.
Gemäß einer Ausführungsform wird durch Messung einer elektrischen Kapazität im dielektrischen Medium eine Temperatur bestimmt. Insbesondere wird anhand der bestimmten Temperatur die Wechselspannung so gesteuert, dass sich im dielektrischen Medium eine vorgegebene Temperatur einstellt.
Die bezüglich der vorstehend aufgeführten Ausführungsformen, Ausführungsbeispiele bzw. Ausführungsvarianten, etc. des erfindungsgemäßen adaptiven optischen Elements gemäß einer der erfindungsgemäßen Aspekte angegebenen Merkmale können entsprechend auf das erfindungsgemäße Verfahren gemäß einem der erfindungsgemäßen Aspekte übertragen werden, und umgekehrt. Diese und andere Merkmale der erfindungsgemäßen Ausführungsformen werden in der Figurenbeschreibung und den Ansprüchen erläutert. Die einzelnen Merkmale können entweder separat oder in Kombination als Ausführungsformen der Erfindung verwirklicht werden. Weiterhin können sie vorteilhafte Ausführungsformen beschreiben, die selbstständig schutzfähig sind und deren Schutz ggf. erst während oder nach Anhängigkeit der Anmeldung beansprucht wird.
Figurenliste
Die vorstehenden, sowie weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung werden in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung beispielhafter erfindungsgemäßer Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Zeichnungen veranschaulicht. Es zeigt:

1 eine Ausführungsform einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit einem adaptiven optischen Element,
2 eine erste Ausführungsform des adaptiven optischen Elements in einem Ausgangszustand sowie einem Korrekturzustand,
3 eine weitere Ausführungsform des adaptiven optischen Elements in einem Ausgangszustand sowie einem Korrekturzustand,
4 ein Diagramm, welches für einen Manipulator des adaptiven optischen Elements eine Dehnung S in Abhängigkeit eines angelegten elektrischen Feldes E für unterschiedliche Temperaturen ϑ veranschaulicht,
5 ein Diagramm, welches für den Manipulator des adaptiven optischen Elements eine Dehnung S in Abhängigkeit der Temperatur ϑ veranschaulicht,
6 eine bespielhafte Temperaturverteilung entlang mehrerer Manipulatoren des adaptiven optischen Elements gemäß 3,
7 eine erste Ausführungsform eines Manipulators des adaptiven optischen Elements,
8 eine zweite Ausführungsform eines Manipulators des adaptiven optischen Elements,
9a ein beispielhafter Verlauf des Realteils der Kapazität des Manipulators in Abhängigkeit der Frequenz einer angelegten Spannung,
9b ein beispielhafter Verlauf des Imaginärteils der Kapazität des Manipulators in Abhängigkeit der Frequenz einer angelegten Spannung,
9c ein beispielhafter Verlauf des Betrags der Kapazität des Manipulators in Abhängigkeit der Frequenz einer angelegten Spannung,
9d ein beispielhafter Verlauf der normierten Parallel-Leitfähigkeit des Manipulators in Abhängigkeit der Frequenz einer angelegten Spannung, sowie
10 eine weitere Ausführungsform einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit einem adaptiven optischen Element.

Detaillierte Beschreibung erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele
In den nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen bzw. Ausführungsformen oder Ausführungsvarianten sind funktionell oder strukturell einander ähnliche Elemente soweit wie möglich mit den gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen. Daher sollte zum Verständnis der Merkmale der einzelnen Elemente eines bestimmten Ausführungsbeispiels auf die Beschreibung anderer Ausführungsbeispiele oder die allgemeine Beschreibung der Erfindung Bezug genommen werden.
Zur Erleichterung der Beschreibung ist in der Zeichnung ein kartesisches xyz-Koordinatensystem angegeben, aus dem sich die jeweilige Lagebeziehung der in den Figuren dargestellten Komponenten ergibt. In 1 verläuft die y-Richtung senkrecht zur Zeichenebene in diese hinein, die x-Richtung nach rechts und die z-Richtung nach oben.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer Projektionsbelichtungsanlage 10 für die Mikrolithographie. Die vorliegende Ausführungsform ist zum Betrieb im EUV-Wellenlängenbereich, d.h. mit elektromagnetischer Strahlung einer Wellenlänge von kleiner als 100 nm, insbesondere einer Wellenlänge von etwa 13,5 nm oder etwa 6,8 nm ausgelegt. Aufgrund dieser Betriebswellenlänge sind alle optischen Elemente als Spiegel ausgeführt. Die Erfindung ist jedoch nicht auf Projektionsbelichtungsanlagen im EUV-Wellenlängenbereich begrenzt. Weitere erfindungsgemäße Ausführungsformen sind beispielsweise auf Betriebswellenlängen im UV-Bereich, wie beispielsweise 365 nm, 248 nm oder 193 nm ausgelegt. In diesem Fall sind zumindest einige der optischen Elemente als herkömmliche Transmissionslinsen konfiguriert. Eine Projektionsbelichtungsanlage, welche zum Betrieb im DUV-Wellenlängenbereich konfiguriert ist, wird nachstehend unter Bezugnahme auf 10 beschrieben.
Die Projektionsbelichtungsanlage 10 gemäß 1 umfasst eine Belichtungsstrahlungsquelle 12 zur Erzeugung von Belichtungsstrahlung 14. Im vorliegenden Fall ist die Belichtungsstrahlungsquelle 12 als EUV-Quelle ausgeführt und kann beispielsweise eine Plasmastrahlungsquelle umfassen. Die Belichtungsstrahlung 14 durchläuft zunächst eine Beleuchtungsoptik 16 und wird von dieser auf eine Maske 18 gelenkt.
Die Maske 18 weist Maskenstrukturen zur Abbildung auf ein Substrat 24 auf und ist auf einer Maskenverschiebebühne 20 verschiebbar gelagert. Das Substrat 24 ist auf einer Substratverschiebebühne 26 verschiebbar gelagert. Die Maske 18 kann, wie in 1 dargestellt, als Reflexionsmaske ausgeführt sein oder alternativ, insbesondere für die UV-Lithographie, auch als Transmissionsmaske konfiguriert sein. Die Belichtungsstrahlung 14 wird in der Ausführungsform gemäß 1 an der Maske 18 reflektiert und durchläuft daraufhin ein Projektionsobjektiv 22, welches dazu konfiguriert ist, die Maskenstrukturen auf das Substrat 24 abzubilden. Das Substrat 24 ist auf einer Substratverschiebebühne 26 verschiebbar gelagert. Die Projektionsbelichtungsanlage 10 kann als sogenannter Scanner oder als sogenannter Stepper ausgeführt sein. Die Belichtungsstrahlung 14 wird innerhalb der Beleuchtungsoptik 16 sowie des Projektionsobjektivs 22 mittels einer Vielzahl von optischen Elementen, vorliegend in Gestalt von Spiegeln, geführt.
Die Beleuchtungsoptik 16 umfasst in der dargestellten Ausführungsform vier optische Elemente 30-1, 30-2, 30-3 und 30-4 in Gestalt von reflektiven optischen Elementen bzw. Spiegeln. Das Projektionsobjektiv 22 umfasst ebenfalls vier optische Elemente 30-5, 30-6, 30-7 und 30-8 ebenfalls in Gestalt von reflektiven Elementen bzw. Spiegeln. Die optischen Elemente 30-1 bis 30-8 sind zum Führen der Belichtungsstrahlung 14 in einem Belichtungsstrahlengang 28 der Projektionsbelichtungsanlage 10 angeordnet.
Das optische Element 30-5 ist in der gezeigten Ausführungsform als adaptives optisches Element konfiguriert, welches eine aktive optische Oberfläche 32 in Gestalt seiner Spiegeloberfläche aufweist, deren Form zur Korrektur lokaler Formfehler aktiv verändert werden kann. In weiteren Ausführungsformen kann auch ein anderes oder mehrere der optischen Elemente 30-1, 30-2, 30-3, 30-4, 30-5, 30-6, 30-7 und 30-8 jeweils als adaptives optisches Element konfiguriert sein.
Weiterhin können eines oder mehrere der optischen Elemente 30-1, 30-2, 30-3, 30-4, 30-5, 30-6, 30-7 und 30-8 der Projektionsbelichtungsanlage 10 beweglich gelagert sein. Dazu ist jedem der beweglich gelagerten optischen Elemente ein jeweiliger Starrkörper-Manipulator zugeordnet. Die Starrkörper-Manipulatoren ermöglichen beispielsweise jeweils eine Verkippung und/oder eine Verschiebung der zugeordneten optischen Elemente im Wesentlichen parallel zur Ebene, in der die jeweilige reflektierende Oberfläche der optischen Elemente liegt. Damit kann die Position eines oder mehrerer der optischen Elemente zur Korrektur von Abbildungsfehlern der Projektionsbelichtungsanlage 10 verändert werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Projektionsbelichtungsanlage 10 eine Steuerungseinrichtung 40 zur Erzeugung von Steuersignalen 42 für die vorgesehenen Manipulationseinheiten, wie die vorstehend genannten Starrkörper-Manipulatoren, eines oder mehrerer adaptiver optischer Elemente und/oder ggf. weitere Manipulatoren. In 1 ist beispielhaft die Übermittlung eines Steuersignals 42 an das adaptive optische Element 30-5 veranschaulicht. Die Steuerungseinrichtung 40 ermittelt gemäß einer Ausführungsform zur Aberrationskorrektur des Projektionsobjektivs 22 die Steuersignale 42 auf Grundlage von mittels einer Wellenfrontmesseinrichtung 44 gemessenen Wellenfrontabweichungen 46 des Projektionsobjektivs 22 mittels eines Feedforward-Steuerungsalgorithmus.
Das adaptive optische Element 30-5 ist in einer ersten Ausführungsform in 2 veranschaulicht. Die Darstellung im oberen Abschnitt von 2 zeigt das adaptive optische Element 30-5 in einem Ausgangszustand, bei der die Form der optischen Oberfläche 32 eine Ausgangsform, hier eine ebene Form, aufweist. Die Darstellung im unteren Abschnitt von 2 zeigt das adaptive optische Element 30-5 in einem Korrekturzustand, bei der die Form der optischen Oberfläche 32 eine veränderte Form, hier eine konvex gewölbte Form aufweist.
Das adaptive optische Element umfasst ein Stützelement 34 in Gestalt einer Rückplatte sowie ein Spiegelelement 38, dessen Oberseite die aktive optische Oberfläche 32 bildet und der Reflexion der Belichtungsstrahlung 14 dient. Entlang der Unterseite des Spiegelelements 38 sind eine Vielzahl an Manipulatoren 36, auch Aktuatoren genannt, angeordnet. Dabei sind diese vorzugsweise sowohl in x-Richtung als auch in y-Richtung, d.h. in zweidimensionaler Anordnung entlang der Unterseite des Spiegelelements 38 positioniert. Die Manipulatoren 36, von denen in 2 aus Gründen der Leserlichkeit lediglich einige mit einem Bezugszeichen versehen sind, verbinden das Stützelement 34 mit dem Spiegelelement 38. Die Manipulatoren 36 sind dazu konfiguriert, bei Aktuierung entlang ihrer Längsrichtung ihre Ausdehnung zu verändern. In der Ausführungsform gemäß 2 sind die Manipulatoren 36 quer bzw. senkrecht zur optischen Oberfläche 32 aktuierbar. Dabei werden die Manipulatoren jeweils einzeln angesteuert und können damit unabhängig voneinander aktuiert werden.
In dem im unteren Abschnitt von 2 gezeigten Korrekturzustand sind zentral angeordnete Manipulatoren 36 durch Aktuierung in ihrer Länge vergrößert, sodass sich die konvex gewölbte Form für die optische Oberfläche 32 ergibt.
In 3 ist eine weitere Ausführungsform des adaptiven optischen Elements 30-5 veranschaulicht. Analog zu 2 zeigt die Darstellung im oberen Abschnitt von 3 das adaptive optische Element 30-5 in einem Ausgangszustand, bei der die Form der optischen Oberfläche 32 eine ebene Form als Ausgangsform aufweist. Die Darstellung im unteren Abschnitt von 3 zeigt das adaptive optische Element 30-5 in einem Korrekturzustand, bei der die Form der optischen Oberfläche 32 eine konvex gewölbte und damit eine geänderte Form aufweist.
Das adaptive optische Element 30-5 gemäß 3 unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß 2 dahingehend, dass die Manipulatoren 36 nicht quer, sondern parallel zur optischen Oberfläche 32 an der Unterseite des Spiegelelements 38, angeordnet sind und die Manipulatoren 36 nicht von einem parallel zum Spiegelelement 38 angeordneten starren Stützelement getragen werden.
Das heißt, die Manipulatoren 36 sind nicht quer zur optischen Oberfläche 32, wie in 2, sondern parallel zur optischen Oberfläche 32 deformierbar. Durch oberflächenparallele Dehnung bzw. Kontraktion der einzelnen Manipulatoren 36 wird ein Biegemoment in das Spiegelelement 38 eingeleitet, was zu einer Verformung dessen führt, wie im unteren Abschnitt von 3 veranschaulicht.
Durch Ansteuerung jedes einzelnen Manipulators 36 ist es sowohl in der Ausführungsform gemäß 2 als auch in der Ausführungsform gemäß 3 möglich, gezielt Profile des Spiegelelements 38 einzustellen und somit das optische System, insbesondere das Projektionsobjektiv 22 oder die Beleuchtungsoptik 16, der Projektionsbelichtungsanlage 10 bestmöglich zu korrigieren.
Die Manipulatoren 36 des adaptiven optischen Elements 30-5 umfassen jeweils ein dielektrisches Medium 48 (siehe 7 und 8), welches durch Anlagen eines elektrischen Feldes deformierbar ist. Dabei kann es sich um ein piezoelektrisches Material oder ein elektrostriktives Material handeln. Beim piezoelektrischen Material beruht die Deformation auf dem piezoelektrischen Effekt, beim elektrostriktiven Material auf dem elektrostriktiven Effekt. Unter dem elektrostriktiven Effekt wird in diesem Text der Anteil einer Deformation eines dielektrischen Mediums in Abhängigkeit eines angelegten elektrischen Feldes verstanden, bei dem die Deformation unabhängig von der Richtung des angelegten Feldes und insbesondere proportional zum Quadrat des elektrischen Feldes ist. Im Gegensatz dazu wird die lineare Antwort der Deformation auf das elektrische Feld als piezoelektrischer Effekt bezeichnet.
In der nachstehend beschriebenen Ausführungsvariante beruhen die Manipulatoren 36 auf dem elektrostriktiven Effekt. Diese eigenen sich besonders zur Formkorrektur der aktiven optischen Oberfläche 32, da diese einen sehr geringen Drift sowie eine geringe Hysterese besitzen. Allerdings ist die Dehnung S dieser Manipulatoren 36 bzw. Aktuatoren sehr temperaturabhängig. In der Darstellung der 7 und 8 bezieht sich die Dehnung S auf die Ausdehnung des dielektrischen Mediums 48 in z-Richtung. Die Dehnung S kann in erster Näherung beschrieben werden durch den elektrostriktiven Koeffizienten M, welcher durch Anlegen eines elektrischen Feldes E zu einer Dehnung führt. Wie aus nachstehender Formel (1) ersichtlich, ist dieser Koeffizient abhängig von der Temperatur ϑ des dielektischen Mediums 48. Des Weiteren ist die Dehnung S des dielektrischen Mediums 48 abhängig von dessen Steifigkeit s sowie der anliegenden mechanischen Spannung T: $S (E, ϑ) = M (ϑ) \cdot E^{2} + s \cdot T + C T E \cdot (ϑ - ϑ_{0})$
Dieser Effekt ist in 4 anhand eines schematischen S-E-Diagramms für unterschiedliche Temperaturen ϑ (ϑ₃ > ϑ₂ > ϑ₁) veranschaulicht.
Wie in 5 veranschaulicht, dehnt sich das dielektrische Medium des Weiteren signifikant bei Änderung der Tempertatur ϑ gegenüber der Nominaltemperatur ϑ₀ aufgrund seines thermalen Ausdehnungskoeffizienten, auch CTE bezeichnet („Coefficient of Thermal Expansion“), aus.
Aufgrund lokal unterschiedlichem Wärmeeintrags in das Spiegelelement 38 des adaptiven optischen Elements 30-5 während eines Belichtungsbetriebs der Projektionsbelichtungsanlage 10 kann die Temperatur in den einzelnen Manipulatoren 36 stark variieren. 6 veranschaulicht beispielshaft eine Temperaturverteilung entlang der Maniplatoren 36 gemäß 3 ohne der nachstehend näher beschriebenen erfindungsgemäßen Heizmassnahme mittels einer Wechselspannung. Dabei enspricht jeder der vertikalen Streifen in dem gezeigten x-ϑ - Diagramm einem der Manipulatoren 36 gemäß 3.
Die nachstehend beschriebene erfindungsgemäße Maßnahme ermöglicht es, die Temperatur der einzelnen Manipulatoren 36 individuell durch Erzeugung von Wärmeenergie innerhalb des dielektrischen Mediums 48 mittels einer Wechselspannung zu regeln und damit auf einer vorgegebenen Temperatur zu halten. Damit kann der in den 4 und 5 veranschaulichten komplexe Einfluss einer sich ändernden Temperatur auf die Ausdehnung S des dielektrischen Mediums 48 weitgehend ausgeblendet werden, wodurch die Steuerung des adaptiven optischen Elements 30-5 stark vereinfacht wird.
In 7 wird eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform eines im adaptiven optischen Element 30-5 gemäß 2 oder 3 enthaltenen Manipulators 36 veranschaulicht. Dieser Manipulator 36 umfasst das bereits vorstehend erwähnte dielektrische Medium 48, welches an der Rückseite des Spiegelelement 38 anliegt, Elektroden 50, eine Verdrahtung 52 der Elektroden 50 sowie einen Spannungsgenerator 54. Das dielektrische Medium 48 ist einstückig in Gestalt eines Keramikteils ausgeführt, wobei die Elektroden 50 darin eingebettet bzw. integriert sind. Das einstückige dielektrische Medium 48 ist ein zusammenhängendes und fugenloses monolithisches dielektrisches Medium und wird beispielsweise durch Sintern erzeugt.
Mit anderen Worten sind die Elektroden 50 im Verbund mit dem einstückigen dielektrischen Medium 48 angeordnet. Die Elektroden 50 sind im dielektrischen Medium 48 in Form eines Elektroden-Stapels enthalten. In der gezeigten Ausführungsform enthält der Elektroden-Stapel sieben übereinander angeordnete plattenförmige Elektroden 50. Der gesamte Bereich des dielektrischen Mediums 48, welcher zwischen Elektroden 50 angeordnet ist, wird als aktives Volumen 60 des dielektrischen Mediums 48 bezeichnet. Der außerhalb des Elektroden-Stapels angeordnete Bereich des dielektrischen Mediums 48 wird entsprechend als inaktives Volumen 62 bezeichnet. In der gezeigten Ausführungsform umschließt das inaktive Volumen 62 das aktive Volumen 60 vollständig.
Die Verdrahtung 52 der Elektroden 50 verbindet diese alternierend mit dem Plus- und dem Minuspol einer Gleichspannungsquelle 56 des Spannungsgenerators 54, sodass das zwischen jeweils zwei benachbarten Elektroden 50 erzeugte elektrische Feld ebenfalls alterniert. Da das dielektrische Medium 48 im vorliegenden Fall ein elektrostriktives Material ist, ist die vom elektrischen Feld bewirkte Ausdehnung des dielektrischen Mediums 48 unabhängig von der Richtung des elektrischen Feldes, d.h. die Änderung der Ausdehnung in z-Richtung der zwischen den Elektroden 50 angeordneten Lagen des dielektrischen Mediums 48 erfolgt gleichgerichtet. Damit ändert sich bei Anlegen einer von der Gleichspannungsquelle 56 erzeugten Steuerspannung die Längenausdehnung des aktiven Volumens 60 des dielektrischen Mediums 48 in z-Richtung. Der Betrag der Längenausdehnungsänderung ist abhängig von der von der Gleichspannungsquelle 56 erzeugten Steuerspannung, gemäß einer Ausführungsform ist dieser Wert proportional zu dem Wert der Steuerspannung.
Neben der Gleichspannungsquelle 56 umfasst der Spannungsgenerator 54 eine Wechselspannungsquelle 58. Diese dient dazu, der von der Gleichspannungsquelle 56 erzeugten Steuerspannung eine Wechselspannung zu überlagern, d.h. die genannte Wechselspannung wird zwischen jeweils zwei benachbarten Elektroden 50 im Elektroden-Stapel erzeugt. Diese Wechselspannung bewirkt jeweils eine Aufheizung des zwischen dem jeweiligen Elektrodenpaar angeordneten Abschnitts des dielektrischen Mediums 48 und damit eine gleichmäßige Aufheizung des gesamten aktiven Volumens 60.
Zur Aufheizung des dielektrischen Mediums 48 kann die Amplitude und/oder die Frequenz der Wechselspannung gesteuert werden. Der Mechanismus, welcher der Aufheizung zugrunde liegt, wird später im Text genau erläutert. Die Steuerung der Aufheizung erfolgt mittels einer Steuerungseinheit 72 in Gestalt eines Reglers welcher der Wechselspannungsquelle 58 ein entsprechendes Steuersignal 74 übermittelt. Der Regler ist dazu in einen Regelkreis eingebettet, bei dem eine mittels einer Temperaturmesseinrichtung 66 bestimmte Ist-Temperatur T_i im dielektrischen Medium 48 als Regelgröße, eine vorgegebene Soll-Temperatur T_s als Führungsgröße, die Amplitude und/oder Frequenz der Wechselspannung als mittels des Steuersignals 74 übermittelte Stellgröße und das dielektrische Medium 48 als Regelstrecke dient.
Die Temperaturmesseinrichtung 66 umfasst in der dargestellten Ausführungsvariante einen in das dielektrische Medium 48 eingebetteten Temperatursensor 68, z.B. in Gestalt eines piezoelektrischen Temperatursensors, sowie eine Auswerteeinheit 70 zur Umsetzung des vom Temperatursensor 68 abgegebenen Messignals in ein von der Steuerungseinheit 72 verarbeitbares Temperatursignal der Ist-Temperatur T_i.
Gemäß einer weiteren, nicht zeichnerisch dargestellten, Ausführungsvariante ist die Temperaturmesseinrichtung dazu konfiguriert, durch Messung einer elektrischen Kapazität im dielektrischen Medium 48 eine darin vorliegende Temperatur zu bestimmen. Diese Kapazitätsmessung kann etwa bezüglich der Kapazität einer Anordnung aus zwei benachbarten Elektroden 50 sowie dem dazwischen angeordneten dielektrischen Medium 48 gemäß 7 erfolgen. Die Suszeptibilität im dielektrischen Medium 48 hängt dabei von der angelegten Aktuatorspannung, der mechanischen Spannung im dielektrischen Medium und der Temperatur ab. Indem man Normbedingungen schafft, bei denen am Aktuator keine elektrische Spannung anliegt und der mechanische Spannungszustand konstant definiert ist, wird es möglich nach einer entsprechenden Kalibrierung die Temperatur aus der Normbedingungs-Kapazität des Aktuators zu bestimmen.
In 8 wird eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsform eines im adaptiven optischen Element 30-5 gemäß 2 oder 3 enthaltenen Manipulators 36 veranschaulicht. Diese Ausführungsform des Manipulators 36 umfasst analog zur Ausführungsform gemäß 7 ein dielektrisches Medium 48, welches ein aktives Volumen 60 umfasst, in dem ein Stapel an Elektroden 50 angeordnet ist. Die Elektroden 50 dieses Stapels dienen der Erzeugung eines alternierenden elektrischen Feldes durch Anlegen einer Steuerspannung. Die Steuerspannung wird von einer Gleichspannungsquelle 56 erzeugt und beispielsweise mittels der in 7 dargestellten Verdrahtung 52 an die Elektroden 50 des aktiven Volumens 60 angelegt.
Das aktive Volumen 60 ist wie in der Ausführungsform gemäß 7 von einem inaktiven Volumen 62 umgeben. Innerhalb dieses inaktiven Volumens 62 ist eine weitere Elektrode 50h, im nachfolgenden auch Heizelektrode genannt, angeordnet. In der vorliegenden Ausführungsform ist die weitere Elektrode 50h in einem Abschnitt 62a des inaktiven Volumens 62, welcher an der dem Spiegelelement 38 abgewandten Seite des aktiven Volumens 50 positioniert ist, angeordnet und bildet mit den Elektroden 50 des im aktiven Volumen angeordneten Elektronen-Stapels einen Gesamtstapel. Die weitere Elektrode 50h ist damit im Bereich einer Oberfläche 64 des dielektrischen Mediums angeordnet. Alternativ kann die weitere Elektrode 50h auch in dem zwischen dem Spiegelelement 48 und dem aktiven Volumen 60 angeordneten Abschnitt 62b des inaktiven Volumens 62 angeordnet sein.
Die weitere Elektrode 50h ist mit der untersten Elektrode 50 des Elektroden-Stapels im aktiven Volumen 50 mittels einer zusätzlichen Verdrahtung 52h, auch Heizverdrahtung bezeichnet, mit der Wechselspannungsquelle 56 verdrahtet. Damit kann mittels des nachstehend näher erläuterten Mechanismus Wärmeenergie in den zwischen der untersten Elektrode 50 und der weiteren Elektrode 50h angeordneten Abschnitt des dielektrischen Mediums 48 eingetragen werden. Diese Wärmeenergie breitet sich über das gesamte dielektrische Medium 48 aus und erwärmt auch das aktive Volumen 50 des dielektrischen Mediums 48.
Die Steuerung der Wechselspannungsquelle 56 erfolgt gemäß einer Ausführungsform mittels der in 7 dargestellten Steuerungseinheit 72 sowie Temperaturmesseinrichtung 66. Im Fall der vorstehend beschriebenen Auslegung der Temperaturmesseinrichtung 66 zur Messung einer elektrischen Kapazität im dielektrischen Medium 48 kann die Kapazitätsmessung etwa bezüglich der Kapazität einer Anordnung aus zwei benachbarten Elektroden 50 bzw. 50 und 50h sowie dem dazwischen angeordneten dielektrischen Medium gemäß 8 erfolgen.
Nachstehend wird der Mechanismus, welcher der Aufheizung des dielektrischen Mediums 48 mittels der angelegten Wechselspannung zugrunde liegt, beschrieben. Das elektrische Klemmenverhalten eines elektrostriktiven Aktuators in Gestalt des Manipulators 36 gemäß 7 lässt sich mittels seiner Kapazität beschreiben. Diese wird im Falle von dielektrischen Verlusten im aktiven Volumen 60 des dielektrischen Mediums 48 komplex. Ein beispielhafter Verlauf der Kapazität C(f) als Funktion der Frequenz f der anliegenden Spannung ist in den 9a, 9b und 9c gezeigt. Dabei zeigt 9a den Realteil, 9b den Imaginärteil und 9c den Betrag der auf Co normierten komplexen Kapazität C(f), wobei Co die Kapazität bei f = 0 Hz ist.
Der Imaginärteil der Kapazität steht für die im Material aufgrund der dielektrischen Verluste umgesetzte Wärme. Gemäß $G_{p} (ƒ) = 2 π ƒ imag (C (ƒ))$
lässt sich der Imaginärteil als eine parallel zu einem verlustfreien Kondensator anliegende Parallel-Leitfähigkeit G_p ausdrücken (vergleiche 9d). Die im Aktuator umgesetzte Verlustleistung L_loss ergibt sich daraus unmittelbar zu $L_{l o s s} (ƒ) = G_{p} (ƒ) U_{e ƒ ƒ}^{2} (ƒ)$
Die in Wärme umgesetze Verlustleistung ist damit direkt zur effektiven Parallel-Leitfähigkeit G_p(f) und zum Quadrat der anliegenden effektiven Wechselspannungsamplitude $U_{ƒ ƒ} (ƒ) = \frac{1}{\sqrt{2}} {\hat{U}}_{ƒ}$
proportional. Die anliegende Wechselspannung wird dabei durch $U (t) = {\hat{U}}_{ƒ} sin (2 π ƒ t)$
beschrieben, wobei t für die Zeit, f für die Frequenz und Û_f für die Amplitude steht.
Ausgehend von der in 9d dargestellten normierten Parallel-Leitfähigkeit G/Co als Funktion der Frequenz erkennt man, dass die Verlustleistung mit der Frequenz stark ansteigt und im Frequenzbereich um 100 kHz ein breites Maximum aufweist. Bei einer Kapazität von 1 µF der in Bezug auf die dielektrische Heizung aktiven Zone (entspricht dem aktiven Volumen 60 im Ausführungsbeispiel gemäß 7 bzw. dem zwischen der untersten Elektrode 50 und der Elektrode 50h angeordneten Volumen im Ausführungsbeispiel gemäß 8) wird mit einer effektiven Amplitude der Wechselspannung von 1V eine Heizleistung von annähernd 60 mW im Maximum um 100 kHz erreicht. Bei einer Wechselspannungsamplitude von 2V vervierfacht sich die Heizleistung auf bereits 240 mW.
Die zur thermalen Regelung nötige Heizleistung im dielektrischen Medium 48 selbst wird durch Ausnutzung der dielektrischen Verluste im Material erzeugt. Vorzugsweise wird bei dem im Weiteren als dielektrisches Heizprinzip bezeichneten Verfahren bei Frequenzen im Bereich des breiten Verlustmaximums gearbeitet. Im in den 9a bis 9d gezeigten Beispiel entspricht dies einem Frequenzbereich zwischen 1 kHz und wenigen MHz. Dabei wird die Wechselspannung vorzugsweise mit einer derart hohen Frequenz erzeugt, dass eine Schwingungsamplitude einer dadurch in z-Richtung erzeugten Deformation bzw. Auslenkung S gegenüber einer mittels einer entsprechenden statischen Spannung (d.h. Frequenz=0Hz) erzeugten Deformation des dielektrischen Mediums 48 um mindestens eine Größenordnung gedämpft, d.h. kleiner, ist.
Aufgrund der Elektrostriktion ist eine Umpolarisierung im dielektrischen Medium 48 mit einer Auslenkung S entsprechend der konstitutiven Aktuator-Gleichung $S (U) = a P^{2} (U)$
verbunden. Darin steht a für die material- und geometriespezifische Kopplungskonstante und P für die dielektrische Polarisation. Für die Kapazität eines als mehrlagiger Plattenkondensator ausgestaltenen Aktuators gemäß 7 gilt: $C (U) = N_{L} A χ_{ƒ} (U), χ_{ƒ} (U) = \frac{d P (U)}{d U},$
mit A als Elektrodenfläche und N_L als der Anzahl der Schichten. X_f(U) bezeichnet die im Allgemeinen frequenzabhängige dielektrische Suszeptibilität.
Bei gleichzeitigem Anliegen einer Akuationsspannung U_b und einer Wechselspannung mit kleiner Amplitude Û mit dem Zweck des Heizens an den Aktuator entsprechend $U (t) = U_{b} + {\hat{U}}_{ƒ} sin (2 π ƒ t)$
ergibt sich nach Taylor-Entwicklung in linearer Ordnung für die Auslenkung S der Ausdruck $S (t) = a P^{2} (U_{b}) + 2 a P (U_{b}) {\hat{U}}_{ƒ} sin (2 π ƒ t) .$
Der Betrag der Amplitude der mit der Wechselspannung modulierenden Ausdehnung lautet explizit $| S_{ƒ} | = 2 a P (U_{b}) | χ_{ƒ} (U_{b}) | {\hat{U}}_{ƒ} .$
Bei der dielektrischen Heizung des Aktuators in Gestalt des dielektrischen Mediums 48, genauer des aktiven Volumens 60 des dielektrischen Mediums 48, soll idealerweise keine modulierende Ausdehnung des Aktuators bei der Wechselspannung auftreten. Diese ist gemäß der Gleichung (9) dann gegeben, wenn entweder die Polarisation P(U_b) oder die Suszeptibilität X_f(U_b) entweder verschwinden oder hinreichend kleine Werte annehmen. Es gibt daher prinzipiell die beiden nachstehend mit i) und ii) bezeichneten Möglichkeiten, die Wirkung der Heizspannung auf die Aktuierung zu unterbinden.
Gemäß der Möglichkeit i) wird der Arbeitspunkt U_b derart gewählt, dass keine Polarisation auftritt: $P (U_{b}) = 0 \Rightarrow 0 \Rightarrow U_{b} = 0$
Diese Variante wird in der bereits vorstehend mit Bezug auf 8 erläuterten Ausführungsform verwirklicht. Dabei wird mit der Elektrode 50h eine separate Elektrode in den Schichtstapel des Aktuators eingefügt, an welche lediglich die Wechselspannung, jedoch keine Bias-Spannung angelegt wird. Es bildet sich keine statische Polarisation und somit im linearen Regime auch keine Modulation der Dehnung aus.
Gemäß der Möglichkeit ii) zur Unterbindung der Wirkung der Heizspannung auf die Aktuierung wird die Arbeitsfrequenz f derart hoch gewählt, dass das dielektrische und das gekoppelte mechanische System nicht mehr folgen können: $| χ_{ƒ} (U_{b}) | \to 0 \Rightarrow ƒ > ƒ_{c}$
Das heißt für die Arbeitsfrequenz wird ein Wert gewählt, welcher höher ist als eine Reaktionsfrequenz f_c.
Wie bereits vorstehend unter Bezugnahme auf 7 angesprochen, wird gemäß einer Ausführungsform die Reaktionsfrequenz f_c derart gewählt, dass eine Schwingungsamplitude einer mittels der Wechselspannung erzeugten Deformation des dielektrischen Mediums 48 gegenüber einer mittels einer entsprechenden statischen Spannung erzeugten Deformation um mindestens eine Größenordnung, d.h. auf weniger als 10%, gedämpft ist. Gemäß der in 9c dargestellten Ausführungsvariante trifft dies für eine Reaktionsfrequenz f_c von etwa 100 kHz zu. Bei einer Reaktionsfrequenz von etwa 200 kHz erfolgt eine Dämpfung auf weniger als etwa 1 %.
Wie bereits vorstehend erwähnt, ist es auch möglich durch eine simultane Messung der Kapazität im dielektrischen Medium 48 die benötigte Information zu erhalten, welche eine Temperaturkontrolle des Aktuators ermöglicht.
10 zeigt eine schematische Ansicht einer zum Betrieb im DUV-Wellenlängenbereich konfigurierten Projektionsbelichtungsanlage 110, welche eine Beleuchtungsoptik in Gestalt eines Strahlformungs- und Beleuchtungssystems 116 und ein Projektionsobjektiv 122 umfasst. Dabei steht DUV für „tiefes Ultraviolett“ (engl.: deep ultraviolet, DUV) und bezeichnet eine Wellenlänge der in der Projektionsbelichtungsanlage 110 genutzten Belichtungsstrahlung 114 zwischen 100 nm und 250 nm. Das Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 116 und das Projektionsobjektiv 122 können in einem Vakuumgehäuse angeordnet und/oder von einem Maschinenraum mit entsprechenden Antriebsvorrichtungen umgeben sein.
Die DUV-Projektionsbelichtungsanlage 110 weist eine DUV-Belichtungsstrahlungsquelle 112 auf. Dazu kann beispielsweise ein ArF-Excimerlaser vorgesehen sein, welcher Belichtungsstrahlung 114 im DUV-Bereich bei beispielsweise etwa 193 nm emittiert.
Das in 10 dargestellte Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 116 leitet die Belichtungsstrahlung 114 auf eine Photomaske 118. Die Photomaske 118 ist als transmissives optisches Element ausgebildet und kann außerhalb der Systeme 116 und 122 angeordnet sein. Die Photomaske 118 weist eine Struktur auf, welche mittels des Projektionsobjektivs 122 verkleinert auf ein Substrat 124 in Gestalt eines Wafers oder dergleichen abgebildet wird. Das Substrat 124 ist auf einer Substratverschiebebühne 126 verschiebbar gelagert.
Das Projektionsobjektiv 122 weist mehrere optische Elemente 130 in Gestalt von Linsen und/oder Spiegeln zur Abbildung der Photomaske 118 auf das Substrat 124 auf. In der dargestellten Ausführungsform umfassen die optischen Elemente 130 Linsen 130-1, 130-4 und 130-5, den Spiegel 130-3 sowie den als adaptives optisches Element 130-3 ausgeführten weiteren Spiegel. Dabei können einzelne Linsen und/oder Spiegel des Projektionsobjektivs 122 symmetrisch zu einer optischen Achse 123 des Projektionsobjektivs 122 angeordnet sein. Es sollte beachtet werden, dass die Anzahl der Linsen und Spiegel der DUV-Projektionsbelichtungsanlage 110 nicht auf die dargestellte Anzahl beschränkt ist. Es können auch mehr oder weniger Linsen und/oder Spiegel vorgesehen sein. Des Weiteren sind die Spiegel in der Regel an ihrer Vorderseite zur Strahlformung gekrümmt.
Ein Luftspalt zwischen der letzten Linse 130-5 und dem Substrat 124 kann durch ein flüssiges Medium 131 ersetzt sein, welches einen Brechungsindex > 1 aufweist. Das flüssige Medium 131 kann beispielsweise hochreines Wasser sein. Ein solcher Aufbau wird auch als Immersionslithographie bezeichnet und weist eine erhöhte photolithographische Auflösung auf. Das Medium 131 kann auch als Immersionsflüssigkeit bezeichnet werden.
In der in 10 gezeigten Ausführungsform ist der als adaptives optisches Element 130-2 konfigurierte Spiegel dazu ausgebildet, dass die Form seiner Spiegeloberfläche 132 zur Korrektur lokaler Formfehler aktiv verändert werden kann. Die Spiegeloberfläche wird daher auch als aktive optische Spiegeloberfläche 132 bezeichnet. Dabei ist das adaptive optische Element 130-2 analog zum vorstehend unter Bezugnahme auf die 1, 2 und 3 beschriebenen adaptiven optischen Element 30-5 konfiguriert. Sämtliche vorstehend bezüglich des adaptiven optischen Elements 30-5 gemachten Ausführungen lassen sich somit auf das adaptive optische Element 130-2 übertragen.
Analog zur Projektionsbelichtungsanlage 10 gemäß 1 wird das adaptive optische Element 130-2 durch Steuersignale 42 gesteuert, welche auf Grundlage von mittels einer Wellenfrontmesseinrichtung 44 gemessenen Wellenfrontabweichungen 46 des Projektionsobjektivs 122 von einer Steuerungseinrichtung 40 ermittelt werden. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit ist in 10 hier nur eine Aktuator-Einrichtung gezeigt, es versteht sich jedoch, dass vorzugsweise eine Vielzahl an Aktuator-Einrichtungen vorhanden ist, von denen jede individuell steuer- und/oder regelbar ist.
Die vorstehende Beschreibung beispielhafter Ausführungsbeispiele, Ausführungsformen bzw. Ausführungsvarianten ist exemplarisch zu verstehen. Die damit erfolgte Offenbarung ermöglicht es dem Fachmann einerseits, die vorliegende Erfindung und die damit verbundenen Vorteile zu verstehen, und umfasst andererseits im Verständnis des Fachmanns auch offensichtliche Abänderungen und Modifikationen der beschriebenen Strukturen und Verfahren. Daher sollen alle derartigen Abänderungen und Modifikationen, insoweit sie in den Rahmen der Erfindung gemäß der Definition in den beigefügten Ansprüchen fallen, sowie Äquivalente vom Schutz der Ansprüche abgedeckt sein.
Bezugszeichenliste

10: Projektionsbelichtungsanlage
12: Belichtungsstrahlungsquelle
14: Belichtungsstrahlung
16: Beleuchtungsoptik
18: Maske
20: Maskenverschiebebühne
22: Projektionsobjektiv
24: Substrat
26: Substratverschiebebühne
28: Belichtungsstrahlengang
30-1, 30-2, 30-3, 30-4, 30-6, 30-7, 30-8: optische Elemente
30-5: adaptives optisches Element
32: aktive optische Oberfläche
34: Stützelement
36: Manipulator
38: Spiegelelement
40: Steuerungseinrichtung
42: Steuersignal
44: Wellenfrontmesseinrichtung
46: Wellenfrontabweichungen
48: dielektrisches Medium
50: Elektroden
50h: weitere Elektrode
52: Verdrahtung
52h: zusätzliche Verdrahtung
54: Spannungsgenerator
56: Gleichspannungsquelle
58: Wechselspannungsquelle
60: aktives Volumen
62: inaktives Volumen
62a: Abschnitt des inaktiven Volumens
62b: Abschnitt des inaktiven Volumens
64: Oberfläche des dielektrischen Mediums
66: Temperaturmesseinrichtung
68: Temperatursensor
70: Auswerteeinheit
72: Steuerungseinheit
74: Steuersignal
110: Projektionsbelichtungsanlage
112: Belichtungsstrahlungsquelle
114: Belichtungsstrahlung
116: Strahlformungs- und Beleuchtungssystem
118: Photomaske
122: Projektionsobjektiv
123: optische Achse
124: Substrat
126: Substratverschiebebühne
130: optisches Element
130-1, 130-4, 130-5: Linse
130-2: adaptives optisches Element
130-3: Spiegel
131: flüssiges Medium
132: aktive optische Spiegeloberfläche

Claims

Adaptives optisches Element (30-5) für die Mikrolithographie mit mindestens einem Manipulator (36) zur Veränderung der Form einer optischen Oberfläche (32) des optischen Elements, wobei der Manipulator umfasst: - ein einstückiges dielektrisches Medium (48), welches durch Anlegen eines elektrischen Feldes deformierbar ist, - im Verbund mit dem einstückigen dielektrischen Medium angeordnete Elektroden (50; 50, 50h), sowie - einen Spannungsgenerator (54), welcher dazu konfiguriert und mit den Elektroden verdrahtet ist, um einerseits eine zur Veränderung einer Längenausdehnung des dielektrischen Mediums (48) dienende Steuerspannung und andererseits eine der Aufheizung des dielektrischen Mediums dienende Wechselspannung an die Elektroden (50; 50, 50h) anzulegen.
Adaptives optisches Element nach Anspruch 1, welches eine derart konfigurierte Verdrahtung (52) für die Elektroden (50) umfasst, dass zumindest zwischen den Elektroden eines Elektrodenpaares sowohl die Steuerspannung als auch die Wechselspannung anlegbar ist.
Adaptives optisches Element nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Spannungsgenerator (54) weiterhin dazu konfiguriert ist, innerhalb des dielektrischen Mediums (48) die Wechselspannung mit einer derart hohen Frequenz zu erzeugen, dass eine Schwingungsamplitude einer dadurch erzeugten Deformation des dielektrischen Mediums gegenüber einer mittels einer entsprechenden statischen Spannung erzeugten Deformation des dielektrischen Mediums um mindestens eine Größenordnung gedämpft ist.
Adaptives optisches Element (30-5) für die Mikrolithographie mit mindestens einem Manipulator (36) zur Veränderung der Form einer optischen Oberfläche (32) des optischen Elements, wobei der Manipulator umfasst: - ein durch Anlegen eines elektrischen Feldes deformierbares dielektrisches Medium (48), sowie - einen Spannungsgenerator (48), welcher dazu konfiguriert ist innerhalb des dielektrischen Mediums eine der Aufheizung des dielektrischen Mediums dienende Wechselspannung mit einer derart hohen Frequenz zu erzeugen, dass eine Schwingungsamplitude einer dadurch erzeugten Deformation des dielektrischen Mediums gegenüber einer mittels einer entsprechenden statischen Spannung erzeugten Deformation des dielektrischen Mediums um mindestens eine Größenordnung gedämpft ist.
Adaptives optisches Element nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem der Spannungsgenerator (54) dazu konfiguriert ist eine Wechselspannung mit einer Frequenz von mindestens 1 kHz zu erzeugen.
Adaptives optisches Element nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem das dielektrische Medium (48) ein elektrostriktives Material umfasst, bei dem eine durch Anlegen des elektrischen Feldes erfolgende Deformation unabhängig von der Richtung des elektrischen Feldes ist.
Adaptives optisches Element nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem das dielektrische Medium (48) ein piezoelektrisches Material umfasst, bei dem eine durch Anlegen des elektrischen Feldes erfolgende Deformation proportional zum elektrischen Feld ist.
Adaptives optisches Element nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem die Elektroden (50) in Form eines Stapels von mindestens drei Elektroden im dielektrischen Medium (48) angeordnet sind.
Adaptives optisches Element nach Anspruch 8, bei dem die Elektroden derart verdrahtet sind, dass zwischen jeweils zwei Elektroden (50; 50, 50h) des Stapels die Wechselspannung anlegbar ist.
Adaptives optisches Element nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem zumindest eine der Elektroden (50h) außerhalb eines aktiven Volumens (60) des dielektrischen Mediums (48), in welchem im Manipulatorbetrieb die Längenausdehnung erfolgt, angeordnet ist und mit einer weiteren der Elektroden (50) zum Anlegen der Wechselspannung verdrahtet ist.
Adaptives optisches Element nach Anspruch 10, bei dem die außerhalb des aktiven Volumens (60) angeordnete Elektrode (50h) im Bereich einer Oberfläche (64) des dielektrischen Mediums 48 angeordnet ist.
Adaptives optisches Element nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem die optische Oberfläche (32) zur Reflexion von EUV-Strahlung (14) konfiguriert ist.
Adaptives optisches Element nach einem der vorausgehenden Ansprüche, welches weiterhin eine Temperaturmesseinrichtung zum Messen einer im dielektrischen Medium vorliegenden Temperatur umfasst.
Adaptives optisches Element nach einem der vorausgehenden Ansprüche, weiterhin mit einer Stuerungseinheit, welche dazu konfiguriert ist, zur Aufheizung des dielektrischen Mediums eine Amplitude und/oder eine Frequenz der Wechselspannung zu steuern.
Projektionsbelichtungsanlage (10) für die Mikrolithographie mit mindestens einem adaptiven optischen Element (30-5) gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche.
Verfahren zum Betreiben eines adaptiven optischen Elements (30-5) einer Projektionsbelichtungsanlage (10) für die Mikrolithographie zur Veränderung der Form einer optischen Oberfläche (32) des optischen Elements mittels mindestens eines Manipulators (36), mit den Schritten: - Bereitstellen des Manipulators mit einem einstückigen dielektrischen Medium (48), welches durch Anlegen eines elektrischen Feldes deformierbar ist sowie Elektroden (50; 50, 50h) umfasst, welche im Verbund mit dem einstückigen dielektrischen Medium angeordnet sind, - Anlegen einer Steuerspannung an die Elektroden (50) zur Veränderung einer Längenausdehnung des dielektrischen Mediums, sowie - Anlegen einer Wechselspannung an die Elektroden (50; 50, 50h) zur Aufheizung des dielektrischen Mediums.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem die Aufheizung des dielektrischen Mediums (48) durch Variation einer Amplitude und/oder einer Frequenz der an die Elektroden angelegten Wechselspannung gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, bei dem das adaptive optische Element (30-5) mindestens einen weiteren mittels einer Wechselspannung aufheizbaren Manipulator (36) umfasst und die an die Elektroden (50; 50, 50h) des ersten Manipulators (36) angelegte Wechselspannung und die Wechselspannung zum Aufheizen des weiteren Manipulators derart gesteuert werden, dass sich die Temperaturen der Manipulatoren angleichen.
Verfahren zum Betreiben eines adaptiven optischen Elements (30-5) einer Projektionsbelichtungsanlage (10) für die Mikrolithographie zur Veränderung der Form einer optischen Oberfläche (32) des optischen Elements mittels mindestens eines Manipulators (36), mit den Schritten: - Bereitstellen des Manipulators mit einem dielektrischen Medium (48), welches durch Anlegen eines elektrischen Feldes deformierbar ist, sowie - Erzeugen einer Wechselspannung innerhalb des dielektrischen Mediums mit einer derart hohen Frequenz, dass eine Schwingungsamplitude einer dadurch erzeugten Deformation des dielektrischen Mediums gegenüber einer mittels einer entsprechenden statischen Spannung erzeugten Deformation des dielektrischen Mediums um mindestens eine Größenordnung gedämpft ist.