DE102021201412A1

DE102021201412A1 - Kipplagerungseinrichtung und Projektionsbelichtungsanlage

Info

Publication number: DE102021201412A1
Application number: DE102021201412.7A
Authority: DE
Inventors: Andreas Raba; David Schoenen; Marwene Nefzi; Timo Laufer; Jens Kugler
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2020-04-22
Filing date: 2021-02-15
Publication date: 2021-10-28
Also published as: DE102020205117A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kipplagerungseinrichtung (1) für ein optisches Element (2), insbesondere für ein Facettenspiegelelement. Die Kipplagerungseinrichtung (1) umfasst eine Trägerstruktur (4) zur Befestigung an dem optischen Element (2), eine Basisstruktur (5) und eine die Trägerstruktur (4) mit der Basisstruktur (5) verbindende Gelenkstruktur (6). Die Gelenkstruktur (6) weist eine erste Gelenkeinheit zum Verkippen der Trägerstruktur (4) relativ zu der Basisstruktur (5) um einen ersten Rotationsfreiheitsgrad (Rx) und eine zweite Gelenkeinheit zum Verkippen der Trägerstruktur (4) relativ zu der Basisstruktur (5) um einen zweiten Rotationsfreiheitsgrad (Ry) auf. Jede der Gelenkeinheiten ist als aus Blattfedern (12) gebildetes, viergliedriges Koppelgetriebe ausgebildet. Es ist vorgesehen, dass die Gelenkstruktur (6) zwischen der Trägerstruktur (4) und der Basisstruktur (5) zumindest drei unabhängige Wärmepfade (13) ausbildet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kipplagerungseinrichtung für ein optisches Element, insbesondere für ein Facettenspiegelelement, umfassend eine Trägerstruktur zur Befestigung an dem optischen Element, eine Basisstruktur und eine die Trägerstruktur mit der Basisstruktur verbindende Gelenkstruktur, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die Erfindung betrifft ferner eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie mit einer Kipplagerungseinrichtung.
Eine gattungsgemäße Kipplagerungseinrichtung ist der DE 10 2014 214 288 A1 zu entnehmen.
Zur Ausrichtung bzw. zur Orientierung und Positionierung optischer Elemente werden mitunter Kipplagerungseinrichtungen verwendet, die eine Drehung bzw. ein Verkippen des optischen Elements um einen virtuellen Momentanpol ermöglichen. Insbesondere in optischen Systemen, beispielsweise in Projektionsbelichtungsanlagen für die Halbleiterlithographie, kommen verstellbare Linsen oder Spiegelelemente, wie Facettenspiegel, zum Einsatz.
Beispielsweise werden in den Beleuchtungssystemen von Projektionsbelichtungsanlagen Feldfacettenspiegel eingesetzt, bei denen die Feldfacetten über eine Kipplagerungseinrichtung gelagert sind, mit deren Hilfe die Feldfacetten um mindestens eine Drehachse verkippt werden können. Bei derartigen Kipplagerungseinrichtungen ist es erforderlich, dass die Verkippung möglichst exakt, zuverlässig und mit wenig Kraftaufbringung erfolgen kann.
Beispielsweise wird in der DE 10 2012 223 034 A1 eine Kipplagerungseinrichtung vorgeschlagen, bei der eine auf einer Trägerstruktur befestigte Spiegelfacette einer Projektionsbelichtungsanlage durch Auslenken eines mit der Trägerstruktur verbundenen Betätigungsstabs um mindestens eine Achse verkippt werden kann, wobei mindestens drei um den Betätigungsstab herum angeordnete, biegbare Stäbe bzw. Gelenkbeine ein Festkörpergelenk ausbilden. Zum Schutz des Festkörpergelenks und zum Sperren eines dritten Rotationsfreiheitsgrades ist das Festkörpergelenk außerdem von einem Faltenbalg umgeben.
Die in der DE 10 2012 223 034 A1 vorgeschlagene Kipplagerungseinrichtung ist allerdings nur sehr aufwändig herstellbar, was insbesondere aufgrund der erforderlichen hohen Anzahl an verstellbaren Facettenspiegelelementen problematisch ist. Ferner führt der zwingend notwendige Faltenbalg zu einer großen Streuung der mechanischen Eigenschaften, wodurch die mechanische Präzision der Kipplagerungseinrichtung nicht mehr ausreichend gegeben sein kann. Außerdem hat sich herausgestellt, dass mit der Verwendung der Stäbe ein nicht zu vernachlässigendes Knickrisiko einhergeht.
Aufgrund der auf den optischen Elementen auftreffenden Strahlung ist es in der Praxis außerdem erforderlich, die in die optischen Elemente eingebrachte Wärme über die Kipplagerungseinrichtung in Richtung auf eine Basisstruktur der Kipplagerungseinrichtung abzuführen. Üblicherweise kann eine gute Wärmeableitung nur bei Vorliegen eines großen Materialquerschnitts gewährleistet werden, was jedoch die erforderlichen Verstellkräfte der Aktuatorik und die Steifigkeit der Kipplagerungseinrichtung unvorteilhaft erhöht.
Zur Verbesserung der Wärmeableitung von dem optischen Element bzw. von der mit dem optischen Element verbundenen Trägerstruktur zu der Basis der Kipplagerungseinrichtung wird in der gattungsgemäßen DE 10 2014 214 288 A1 vorgeschlagen, zum Verkippen der Trägerstruktur relativ zu der Basisstruktur mindestens ein Blattfedergelenk zu verwenden. Durch die Blattfedergelenke kann die Wärmeableitung entsprechend verbessert sein.
Die in der DE 10 2014 214 288 A1 vorgeschlagene Kipplagerungseinrichtung setzt allerdings eine serielle Kinematik mit vergleichsweise langen Wärmepfaden von der Trägerstruktur zu der Basisstruktur voraus, da eine mit der Trägerstruktur unmittelbar verbundene, erste Gelenkeinheit in einer umgebenden, zweiten Gelenkeinheit „hängend“ gelagert sein muss. Die Gelenkstruktur der DE 10 2014 214 288 A1 vermag außerdem nur zwei unabhängige Wärmepfade bereitzustellen, was die Problematik noch erhöht. Da die in der DE 10 2014 214 288 A1 vorgeschlagene Kipplagerungseinrichtung außerdem nicht monolithisch herstellbar ist, werden durch die notwendigen Verschweißpunkte an den Gelenken noch zusätzliche Wärmewiderstände in die Struktur eingebracht.
Eine alternative Kipplagerungseinrichtung wird in der DE 10 2016 217 479 A1 beschrieben, die sich allerdings auch nur bedingt zur Wärmeabführung von dem optischen Element zu der Basisstruktur eignet. Die Kipplagerungseinrichtung der DE 10 2016 217 479 A1 weist außerdem eine Stabkinematik mit äußerst komplexen kinematischen Ketten auf und ist damit nicht zuletzt in der Herstellung aufwändig. Insbesondere ist eine monolithische Herstellung und damit die Vermeidung zusätzlicher Wärmewiderstände durch die sonst erforderlichen Verbindungspunkte (Schweißen / Kleben / Ansprengen / Verschrauben etc.) nicht ohne Weiteres möglich.
In Anbetracht des bekannten Stands der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Kipplagerungseinrichtung für ein optisches Element bereitzustellen, die neben einer hohen mechanischen Präzision eine verbesserte Wärmeabführung von dem optischen Element ermöglicht.
Der vorliegenden Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Projektionsbelichtungsanlage mit einer Kipplagerungseinrichtung bereitzustellen, deren optische Elemente mit hoher mechanischer Präzision verstellbar sind, wobei die in die optischen Elemente eingebrachte Wärme gleichzeitig vorteilhaft abführbar ist.
Die Aufgabe wird für die Kipplagerungseinrichtung mit den in Anspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst. Hinsichtlich der Projektionsbelichtungsanlage wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 10 gelöst.
Die abhängigen Ansprüche und die nachfolgend beschriebenen Merkmale betreffen vorteilhafte Ausführungsformen und Varianten der Erfindung.
Es ist eine Kipplagerungseinrichtung für ein optisches Element, insbesondere für ein Facettenspiegelelement, vorgesehen.
Im Rahmen der Erfindung kann das optische Element als Teil der Kipplagerungseinrichtung angesehen werden, insbesondere wenn das optische Element an der Trägerstruktur befestigt ist.
Die Kipplagerungseinrichtung umfasst eine Trägerstruktur zur Befestigung an dem optischen Element, eine Basisstruktur und eine die Trägerstruktur mit der Basisstruktur verbindende Gelenkstruktur. Die Gelenkstruktur weist eine erste Gelenkeinheit zum Verkippen der Trägerstruktur relativ zu der Basisstruktur um einen ersten Rotationsfreiheitsgrad auf. Die Gelenkstruktur weist außerdem eine zweite Gelenkeinheit zum Verkippen der Trägerstruktur relativ zu der Basisstruktur um einen zweiten Rotationsfreiheitsgrad auf. Jede der Gelenkeinheiten ist als aus Blattfedern (sog. „Flexures“) gebildetes, viergliedriges Koppelgetriebe (auch unter dem Begriff „Viergelenkgetriebe“ bekannt) ausgebildet. Vorzugsweise weisen die Gelenkeinheiten keine biegbaren Stäbe bzw. Gelenkbeine auf.
Die Verwendung von Blattfedern zur Ausbildung eines viergliedrigen Koppelgetriebes kann einerseits eine hohe mechanische Präzision und andererseits aufgrund des - verglichen mit einem biegbaren Stab bzw. Gelenkbein - erhöhten Querschnitts eine gute Wärmeableitung gewährleisten. Es kann schließlich ein besonders vorteilhaftes Festkörpergelenk bereitgestellt werden.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Gelenkstruktur zwischen der Trägerstruktur und der Basisstruktur zumindest drei, vorzugsweise zumindest drei, besonders bevorzugt zumindest vier, ganz besonders bevorzugt genau vier, unabhängige Wärmepfade ausbildet.
In vorteilhafter Weise kann somit ein optisches Element mit der Basisstruktur durch mehrere kinematische Ketten, insbesondere vier kinematische Ketten, gegebenenfalls aber auch noch mehr kinematische Ketten, verbunden sein. Hierdurch kann die Wärmeabführung verglichen mit dem Stand der Technik wesentlich verbessert sein.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Gelenkeinheiten parallel zueinander zwischen der Trägerstruktur und der Basisstruktur angeordnet sind.
Eine serielle Bauweise kann die Wegstrecke der einzelnen Wärmepfade von dem optischen Element bzw. von der Trägerstruktur zu der Basisstruktur verlängern. Durch eine parallele Anordnung der Gelenkeinheiten können hingegen besonders kurze Wärmepfade bereitgestellt werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Gelenkstruktur aus vier voneinander unabhängigen, um eine Mittelachse der Kipplagerungseinrichtung verteilt angeordnete Gelenkstreben ausgebildet ist, die jeweils die Trägerstruktur und die Basisstruktur miteinander verbinden. Grundsätzlich können auch weniger als vier Gelenkstreben vorgesehen sein, beispielsweise drei Gelenkstreben. Es können gegebenenfalls auch mehr als vier Gelenkstreben vorgesehen sein; bevorzugt ist allerdings die Verwendung von genau vier Gelenkstreben.
Vorzugsweise weisen alle Gelenkstreben einen identischen Aufbau auf.
Vorzugsweise sind die Gelenkstreben gleichmäßig um die Mittelachse der Kipplagerungseinrichtung herum angeordnet. Jede Gelenkstrebe kann auf der Basisstruktur bzw. auf der Trägerstruktur vorzugsweise um 90° zu ihren benachbarten Gelenkstreben verdreht angeordnet sein.
In vorteilhafter Weise kann jede der Gelenkstreben einen separaten Wärmepfad ausbilden. Die Anzahl Wärmepfade von der Trägerstruktur zu der Basisstruktur entspricht vorzugsweise der Anzahl verwendeter Gelenkstreben.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass jede der Gelenkstreben zwei seriell miteinander verbundene Blattfedergruppen aus jeweils zumindest einer Blattfeder aufweist, wobei eine erste Blattfedergruppe mit ihrem freien Endabschnitt mit der Basisstruktur und eine zweite Blattfedergruppe mit ihrem freien Endabschnitt mit der Trägerstruktur verbunden ist. Optional, allerdings nicht bevorzugt, können zwischen der ersten Blattfedergruppe und der zweiten Blattfedergruppe auch noch weitere Blattfedergruppen und/oder ein Mittelträger angeordnet sein.
Die Blattfedergruppen können jeweils eine beliebige Anzahl Blattfedern aufweisen, insbesondere genau eine Blattfeder oder genau zwei Blattfedern. Grundsätzlich kann eine Blattfedergruppe aber auch mehr als zwei Blattfedern aufweisen, beispielsweise drei Blattfedern, vier Blattfedern oder noch mehr Blattfedern. Sofern eine Blattfedergruppe mehr als eine Blattfeder aufweist, sind diese vorzugsweise parallel bzw. hintereinander und/oder nebeneinander angeordnet und entlang desselben Rotationsfreiheitsgrades beweglich.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die mit der Basisstruktur verbundene, erste Blattfedergruppe genau eine Blattfeder aufweist.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die mit der Trägerstruktur verbundene, zweite Blattfedergruppe genau zwei Blattfedern aufweist, vorzugsweise in paralleler Anordnung hintereinander.
Vorzugsweise können die Blattfedern der ersten Blattfedergruppe und die Blattfedern der zweiten Blattfedergruppe relativ zueinander um 90° verdreht sein. Somit kann jede der Blattfedergruppen eine Verdrehung bzw. Rotation entlang eines definierten Rotationsfreiheitsgrades ermöglichen. Beispielsweise kann die erste Blattfedergruppe eine Verdrehung bzw. Rotation um den ersten Rotationsfreiheitsgrad und die zweite Blattfedergruppe eine Verdrehung bzw. Rotation um den zweiten Rotationsfreiheitsgrad ermöglichen - oder umgekehrt.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass in jeder Gelenkstrebe eine der Blattfedergruppen funktionell der ersten Gelenkeinheit und die andere Blattfedergruppe funktionell der zweiten Gelenkeinheit zugeordnet ist.
Die genannte Zuordnung kann sich für die um die Mittelachse der Kipplagerungseinrichtung verteilt angeordneten Gelenkstreben abwechseln. Vorzugsweise ist die funktionelle Zuordnung von Gelenkeinheiten und Blattfedergruppen bei sich entlang der Mittelachse der Kipplagerungseinrichtung gegenüberliegenden Gelenkstreben jeweils identisch.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die erste Blattfedergruppe einer ersten Gelenkstrebe der ersten Gelenkeinheit zugeordnet ist und die zweite Blattfedergruppe der ersten Gelenkstrebe der zweiten Gelenkeinheit zugeordnet ist. Ferner kann vorgesehen sein, dass die erste Blattfedergruppe einer zweiten Gelenkstrebe, die der ersten Gelenkstrebe auf der Basisstruktur bzw. auf der Trägerstruktur um 90° verdreht benachbart angeordnet ist, der zweiten Gelenkeinheit zugeordnet ist und die zweite Blattfedergruppe der zweiten Gelenkstrebe der ersten Gelenkeinheit zugeordnet ist. Weiter kann vorgesehen sein, dass die erste Blattfedergruppe einer dritten Gelenkstrebe, die der zweiten Gelenkstrebe auf der Basisstruktur bzw. auf der Trägerstruktur um weitere 90° verdreht benachbart angeordnet ist (und damit der ersten Gelenkstrebe gegenüberliegend angeordnet ist), der ersten Gelenkeinheit zugeordnet ist und die zweite Blattfedergruppe der dritten Gelenkstrebe der zweiten Gelenkeinheit zugeordnet ist. Schließlich kann vorgesehen sein, dass die erste Blattfedergruppe einer vierten Gelenkstrebe, die der dritten Gelenkstrebe auf der Basisstruktur bzw. auf der Trägerstruktur um weitere 90° verdreht benachbart angeordnet ist (und damit der zweiten Gelenkstrebe gegenüberliegend angeordnet ist), der zweiten Gelenkeinheit zugeordnet ist und die zweite Blattfedergruppe der vierten Gelenkstrebe der ersten Gelenkeinheit zugeordnet ist.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die erste Gelenkeinheit ausschließlich entlang des ersten Rotationsfreiheitsgrades und die zweite Gelenkeinheit ausschließlich entlang des zweiten Rotationsfreiheitsgrades beweglich ausgebildet ist, wobei die Gelenkeinheiten jeweils entlang der beiden weiteren Rotationsfreiheitsgrade mechanisch versteift sind.
Somit kann vorzugsweise eine Gelenkstruktur bereitgestellt werden, die ein Verkippen der Trägerstruktur bzw. des optischen Elements relativ zu der Basisstruktur um genau zwei Rotationsfreiheitsgrade ermöglicht.
Durch die Möglichkeit der Versteifung der Gelenkeinheiten kann die Notwendigkeit zusätzlicher Zwangsführungen, wie beispielsweise eines Faltenbalg, zur Sperrung weiterer Freiheitsgrade entfallen. Die mechanische Präzision der Kipplagerungseinrichtung kann dadurch verbessert sein.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die erste Gelenkeinheit und die zweite Gelenkeinheit derart ausgebildet und zueinander ausgerichtet sind, dass die Momentanpole der Gelenkeinheiten zusammenfallen.
Für viele Anwendungen kann es vorteilhaft sein, die Momentanpole, um die sich die Trägerstruktur ausgehend von ihrer Nullstellung entlang des jeweiligen von der Gelenkeinheit bereitgestellten Rotationsfreiheitsgrades zu verkippen vermag, auf denselben Punkt im Raum oder zumindest auf dieselbe Höhenlage bzw. axiale Position entlang der Mittelachse der Kipplagerungseinrichtung festzulegen.
Es kann gegebenenfalls aber auch vorgesehen sein, die Momentanpole der Gelenkeinheiten auf verschiedene Punkte im Raum oder auf verschiedene Höhenlagen festzulegen.
Die erfindungsgemäße Gelenkstruktur kann eine besonders flexible Festlegung der Momentanpole ermöglichen.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die erste Gelenkeinheit derart ausgebildet und ausgerichtet ist, dass sich der Momentanpol der ersten Gelenkeinheit auf einer Funktionsfläche (beispielsweise einer reflektierenden Oberfläche) des auf der Trägerstruktur befestigten optischen Elements befindet und/oder dass die zweite Gelenkeinheit derart ausgebildet und ausgerichtet ist, dass sich der Momentanpol der zweiten Gelenkeinheit auf der Funktionsfläche des auf der Trägerstruktur befestigten optischen Elements befindet.
Insbesondere eine Festlegung der Momentanpole auf der Funktionsfläche des optischen Elements kann eine besonders geeignete Ausrichtung der optischen Elemente ermöglichen. Die aktorische Ansteuerung der optischen Elemente zur Steuerung des Strahlengangs einer Strahlungsquelle kann dadurch erleichtert sein, da beispielsweise geometrische Transformationen bzw. Berechnungen vereinfacht sein können.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Trägerstruktur, die Basisstruktur und/oder die Gelenkstruktur monolithisch bzw. einteilig ausgebildet sind. Vorzugsweise ist die gesamte Kipplagerungseinrichtung monolithisch oder zumindest die Trägerstruktur, die Basisstruktur und die Gelenkstruktur miteinander einteilig ausgebildet.
Hierdurch kann der Wärmewiderstand der Wärmepfade verringert sein. Die Kipplagerungseinrichtung kann damit außerdem auch besonders wirtschaftlich herstellbar sein.
Es kann vorgesehen sein, dass die Kipplagerungseinrichtung einen Betätigungsstab zur Einleitung der Verkippung bzw. der Rotation aufweist. Der Betätigungsstab kann mit einem ersten Ende mit der Trägerstruktur verbunden sein (beispielsweise starr oder über eine Gelenkverbindung). Der Betätigungsstab kann mit einem zweiten Ende mit einer Translatoreinheit einer Aktuatoreinrichtung verbunden sein, wodurch die Aktuatoreinrichtung, beispielsweise durch eine zweidimensionale Verschiebung der Translatoreinheit entlang zweier Translationsfreiheitsgrade, eine Verkippung bzw. Ausrichtung der Trägerstruktur und damit des optischen Elements einleiten kann.
Derartige Aktuatoreinrichtungen und Betätigungsstäbe sind grundsätzlich bekannt, weshalb auf weitere Erläuterungen verzichtet und hingegen auf den Stand der Technik, beispielsweise den vorstehend zitierten Stand der Technik, verwiesen wird.
Die Erfindung betrifft auch eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie, mit einer Kipplagerungseinrichtung gemäß den vorstehenden und nachfolgenden Ausführungen, um ein optisches Element der Projektionsbelichtungsanlage, insbesondere ein optisches Element einer Optik der Projektionsbelichtungsanlage, entlang zweier Rotationsfreiheitsgrade verkippbar zu lagern.
In vorteilhafter Weise kann insbesondere eine (vorzugsweise monolithische) Facettenkinematik (insbesondere mit zwei rotatorischen Freiheitsgraden) mit einer erhöhten Anzahl an Wärmepfaden zur Minimierung des thermischen Widerstands bereitgestellt werden. Es können zwei Gelenkkinematiken bzw. Gelenkeinheiten verwendet werden, wobei jede Gelenkkinematik einen rotatorischen Freiheitsgrad bereitzustellen vermag. Jede der Gelenkkinematiken kann aus geschlossenen kinematischen Ketten, insbesondere viergliedrige Gelenktriebe, ausgebildet sein. Die kinematischen Ketten der ersten Gelenkkinematik können ausgebildet sein, dass sie sich im Momentanpol der Spiegelfacette treffen.
Neben dem verringerten thermischen Widerstand kann auch das dynamische Verhalten der Kipplagerungseinrichtung erfindungsgemäß verbessert sein. Insbesondere die Präzision bei der Verstellung der optischen Elemente und damit bei der Steuerung eines Strahlengangs kann verbessert sein.
Die Erfindung eignet sich insbesondere zur Verwendung mit einer mikrolithografischen DUV („Deep Ultra Violet“) - Projektionsbelichtungsanlage und ganz besonders zur Verwendung mit einer mikrolithografischen EUV („Extreme Ultra Violet“) - Projektionsbelichtungsanlage. Eine mögliche Verwendung der Erfindung betrifft auch die Immersionslithographie.
Merkmale, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Kipplagerungseinrichtung beschrieben wurden, sind selbstverständlich auch für die erfindungsgemäße Projektionsbelichtungsanlage vorteilhaft umsetzbar - und umgekehrt. Ferner können Vorteile, die bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Kipplagerungseinrichtung genannt wurden, auch auf die Projektionsbelichtungsanlage bezogen verstanden werden - und umgekehrt.
Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass Begriffe wie „umfassend“, „aufweisend“ oder „mit“ keine anderen Merkmale oder Schritte ausschließen. Ferner schließen Begriffe wie „ein“ oder „das“, die auf eine Einzahl von Schritten oder Merkmalen hinweisen, keine Mehrzahl von Merkmalen oder Schritten aus - und umgekehrt.
In einer puristischen Ausführungsform der Erfindung kann allerdings auch vorgesehen sein, dass die in der Erfindung mit den Begriffen „umfassend“, „aufweisend“ oder „mit“ eingeführten Merkmale abschließend aufgezählt sind. Dementsprechend kann eine oder können mehrere Aufzählungen von Merkmalen im Rahmen der Erfindung als abgeschlossen betrachtet werden, beispielsweise jeweils für jeden Anspruch betrachtet. Die Erfindung kann beispielswiese ausschließlich aus den in Anspruch 1 genannten Merkmalen bestehen.
Es sei erwähnt, dass Bezeichnungen wie „erstes“ oder „zweites“ etc. vornehmlich aus Gründen der Unterscheidbarkeit von jeweiligen Vorrichtungs- oder Verfahrensmerkmalen verwendet werden und nicht unbedingt andeuten sollen, dass sich Merkmale gegenseitig bedingen oder miteinander in Beziehung stehen.
Ferner sei betont, dass die vorliegend beschriebenen Werte und Parameter Abweichungen oder Schwankungen von ±10% oder weniger, vorzugsweise ±5% oder weniger, weiter bevorzugt ±1 % oder weniger, und ganz besonders bevorzugt ±0,1 % oder weniger des jeweils benannten Wertes bzw. Parameters mit einschließen, sofern diese Abweichungen bei der Umsetzung der Erfindung in der Praxis nicht ausgeschlossen sind. Die Angabe von Bereichen durch Anfangs- und Endwerte umfasst auch all diejenigen Werte und Bruchteile, die von dem jeweils benannten Bereich eingeschlossen sind, insbesondere die Anfangs- und Endwerte und einen jeweiligen Mittelwert.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben.
Die Figuren zeigen jeweils bevorzugte Ausführungsbeispiele, in denen einzelne Merkmale der vorliegenden Erfindung in Kombination miteinander dargestellt sind. Merkmale eines Ausführungsbeispiels sind auch losgelöst von den anderen Merkmalen des gleichen Ausführungsbeispiels umsetzbar und können dementsprechend von einem Fachmann ohne Weiteres zu weiteren sinnvollen Kombinationen und Unterkombinationen mit Merkmalen anderer Ausführungsbeispiele verbunden werden.
In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen.
Es zeigen schematisch:

1 eine EUV-Projektionsbelichtungsanlage;
2 eine DUV-Projektionsbelichtungsanlage;
3 eine beispielhafte Kipplagerungseinrichtung in einer perspektivischen Darstellung mit einer Trägerstruktur, einer Basisstruktur und einer Gelenkstruktur, wobei die Gelenkstruktur vier Gelenkstreben mit jeweils zwei Blattfedergruppen zur Ausbildung von zwei Gelenkeinheiten aufweist, um die Trägerstruktur entlang zweier Rotationsfreiheitsgrade zu verkippen;
4 die Kipplagerungseinrichtung der 3 in einer Seitenansicht in einer Nullstellung der Trägerstruktur;
5 die Kipplagerungseinrichtung der 3 in einer Seitenansicht in einer ausgelenkten Position der Trägerstruktur;
6 eine Darstellung der parallelen Wärmeleitpfade der Kipplagerungseinrichtung der 3; und
7 eine Darstellung der Wärmeleitpfade einer Kipplagerungseinrichtung gemäß dem Stand der Technik.

1 zeigt exemplarisch den prinzipiellen Aufbau einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage 400 für die Halbleiterlithographie, für die die Erfindung Anwendung finden kann. Ein Beleuchtungssystem 401 der Projektionsbelichtungsanlage 400 weist neben einer Strahlungsquelle 402 eine Optik 403 zur Beleuchtung eines Objektfeldes 404 in einer Objektebene 405 auf. Beleuchtet wird ein im Objektfeld 404 angeordnetes Retikel 406, das von einem schematisch dargestellten Retikelhalter 407 gehalten ist. Eine lediglich schematisch dargestellte Projektionsoptik 408 dient zur Abbildung des Objektfeldes 404 in ein Bildfeld 409 in einer Bildebene 410. Abgebildet wird eine Struktur auf dem Retikel 406 auf eine lichtempfindliche Schicht eines im Bereich des Bildfeldes 409 in der Bildebene 410 angeordneten Wafers 411, der von einem ebenfalls ausschnittsweise dargestellten Waferhalter 412 gehalten ist.
Die Strahlungsquelle 402 kann EUV-Strahlung 413, insbesondere im Bereich zwischen 5 Nanometer und 30 Nanometer, emittieren. Zur Steuerung des Strahlungswegs der EUV-Strahlung 413 werden optisch verschieden ausgebildete und mechanisch verstellbare optische Elemente 415, 416, 418, 419, 420 eingesetzt. Die optischen Elemente sind bei der in 1 dargestellten EUV-Projektionsbelichtungsanlage 400 als verstellbare Spiegel in geeigneten und nachfolgend nur beispielhaft erwähnten Ausführungsformen ausgebildet.
Die mit der Strahlungsquelle 402 erzeugte EUV-Strahlung 413 wird mittels eines in der Strahlungsquelle 402 integrierten Kollektors derart ausgerichtet, dass die EUV-Strahlung 413 im Bereich einer Zwischenfokusebene 414 einen Zwischenfokus durchläuft, bevor die EUV-Strahlung 413 auf einen Feldfacettenspiegel 415 trifft. Nach dem Feldfacettenspiegel 415 wird die EUV-Strahlung 413 von einem Pupillenfacettenspiegel 416 reflektiert. Unter Zuhilfenahme des Pupillenfacettenspiegels 416 und einer optischen Baugruppe 417 mit Spiegeln 418, 419, 420 werden Feldfacetten des Feldfacettenspiegels 415 in das Objektfeld 404 abgebildet.
In 2 ist eine beispielhafte DUV-Projektionsbelichtungsanlage 100 dargestellt. Die Projektionsbelichtungsanlage 100 weist ein Beleuchtungssystem 103, eine Retikelstage 104 genannten Einrichtung zur Aufnahme und exakten Positionierung eines Retikels 105, durch welches die späteren Strukturen auf einem Wafer 102 bestimmt werden, einen Waferhalter 106 zur Halterung, Bewegung und exakten Positionierung des Wafers 102 und eine Abbildungseinrichtung, nämlich ein Projektionsobjektiv 107, mit mehreren optischen Elementen 108, die über Fassungen 109 in einem Objektivgehäuse 140 des Projektionsobjektivs 107 gehalten sind, auf.
Die optischen Elemente 108 können als einzelne refraktive, diffraktive und/oder reflexive optische Elemente 108, wie z. B. Linsen, Spiegel, Prismen, Abschlussplatten und dergleichen, ausgebildet sein.
Das grundsätzliche Funktionsprinzip der Projektionsbelichtungsanlage 100 sieht vor, dass die in das Retikel 105 eingebrachten Strukturen auf den Wafer 102 abgebildet werden.
Das Beleuchtungssystem 103 stellt einen für die Abbildung des Retikels 105 auf den Wafer 102 benötigten Projektionsstrahl 111 in Form elektromagnetischer Strahlung bereit. Als Quelle für diese Strahlung kann ein Laser, eine Plasmaquelle oder dergleichen Verwendung finden. Die Strahlung wird in dem Beleuchtungssystem 103 über optische Elemente so geformt, dass der Projektionsstrahl 111 beim Auftreffen auf das Retikel 105 die gewünschten Eigenschaften hinsichtlich Durchmesser, Polarisation, Form der Wellenfront und dergleichen aufweist.
Mittels des Projektionsstrahls 111 wird ein Bild des Retikels 105 erzeugt und von dem Projektionsobjektiv 107 entsprechend verkleinert auf den Wafer 102 übertragen. Dabei können das Retikel 105 und der Wafer 102 synchron verfahren werden, so dass praktisch kontinuierlich während eines sogenannten Scanvorganges Bereiche des Retikels 105 auf entsprechende Bereiche des Wafers 102 abgebildet werden.
Ein Luftspalt zwischen dem letzten optischen Element 108 bzw. der letzten Linse und dem Wafer 102 kann durch ein flüssiges Medium ersetzt sein, welches einen Brechungsindex größer als 1,0 aufweist. Das flüssige Medium kann beispielsweise hochreines Wasser sein. Ein solcher Aufbau wird auch als Immersionslithographie bezeichnet und weist eine erhöhte photolithographische Auflösung auf.
Die Verwendung der Erfindung ist nicht auf den Einsatz in Projektionsbelichtungsanlagen 100, 400 beschränkt, insbesondere nicht auf Projektionsbelichtungsanlagen 100, 400 mit dem beschriebenen Aufbau. Die erfindungsgemäße Kipplagerungseinrichtung eignet sich grundsätzlich zur Ausrichtung beliebiger optischer Elemente.
Die nachfolgenden Figuren stellen die Erfindung nur beispielhaft dar und zeigen lediglich eine von vielen weiteren vorteilhaften Kombinationen von Merkmalen der Erfindung.
3 zeigt eine erfindungsgemäße Kipplagerungseinrichtung 1 für ein optisches Element 2 in einer perspektivischen Darstellung. Die 4 und 5 zeigt die Kipplagerungseinrichtung 1 in einer Seitenansicht, wobei 4 eine Nullstellung und 5 eine beispielhaft aus der Mittelstellung ausgelenkte Stellung zeigt.
Bei dem optischen Element kann es sich insbesondere um ein Facettenspiegelelement 2, beispielweise um ein Facettenspiegelelement des Feldfacettenspiegels 415 der EUV-Projektionsbelichtungsanlage 400, handeln. Das beispielhaft angedeutete Facettenspiegelelement 2 weist eine Funktionsfläche 3 auf, die einfallende EUV-Strahlung 413 zu reflektieren und - je nach Kipplage des Facettenspiegelelements 2 - abzulenken vermag.
Die Kipplagerungseinrichtung 1 weist eine Trägerstruktur 4 zur Befestigung an dem optischen Element 2 und eine Basisstruktur 5 auf. Die Trägerstruktur 4 ist mit der Basisstruktur 5 über eine Gelenkstruktur 6 verbunden. Die Gelenkstruktur 6 ist ausgebildet, um ein Verkippen der Trägerstruktur 4 relativ zu der Basisstruktur 5 um zwei Rotationsfreiheitsgrade Rx, Ry zu ermöglichen.
Die Trägerstruktur 4 kann mittels eines Betätigungsstabes 7 ausgelenkt werden, der mit einem ersten Ende an der Trägerstruktur 4 befestigt ist. Der Betätigungsstab 7 kann durch die Basisstruktur 5 hindurchgeführt und mit seinem zweiten Ende mit einer Translatoreinheit 8 einer nicht dargestellten Aktuatoreinrichtung verbunden sein. Die Aktuatoreinrichtung vermag die Translatoreinheit 8 entlang zweier Translationsfreiheitsgrade x, y zu bewegen, um schließlich die Trägerstruktur 4 entsprechend zu verkippen.
Die Gelenkstruktur 6 der Kipplagerungseinrichtung 1 ist aus einer ersten Gelenkeinheit zum Verkippen der Trägerstruktur 4 relativ zu der Basisstruktur 5 um einen ersten Rotationsfreiheitsgrad Rx und einer zweiten Gelenkeinheit zum Verkippen der Trägerstruktur 4 relativ zu der Basisstruktur 5 um einen zweiten Rotationsfreiheitsgrad Ry ausgebildet. Jede der Gelenkeinheiten ist als viergliedriges Koppelgetriebe ausgebildet. Die Mechanik dieser Gelenkstruktur 6 wird nachfolgend noch näher erläutert.
Die Gelenkstruktur 6 weist vier voneinander unabhängige, um eine Mittelachse M der Kipplagerungseinrichtung 1 verteilt angeordnete Gelenkstreben 9.1, 9.2, 9.3, 9.4 auf, die jeweils die Trägerstruktur 4 und die Basisstruktur 5 miteinander verbinden. Die Gelenkstreben 9.1, 9.2, 9.3, 9.4 sind jeweils identisch ausgebildet. Jede Gelenkstrebe 9.1, 9.2, 9.3, 9.4 ist um 90° zu ihrer benachbarten Gelenkstrebe 9.1, 9.2, 9.3, 9.4 verdreht angeordnet.
Jede Gelenkstrebe 9.1, 9.2, 9.3, 9.4 weist zwei seriell miteinander verbundene Blattfedergruppen 10, 11 aus jeweils zumindest einer Blattfeder 12 auf. Eine erste Blattfedergruppe 10 ist dabei mit ihrem freien Endabschnitt mit der Basisstruktur 5 und eine zweite Blattfedergruppe 11 mit ihrem freien Endabschnitt mit der Trägerstruktur 4 verbunden. Zwischen den beiden Blattfedergruppen 10, 11 (insbesondere zwischen Blattfedergruppen 10, 11 derselben Gelenkstrebe 9.1, 9.2, 9.3, 9.4) kann ein optionaler Mittelträger zur Verbindung der Blattfedergruppen 10, 11 vorgesehen sein. Grundsätzlich können die Blattfedergruppen 10, 11 allerdings auch unmittelbar aneinander befestigt sein, wie dargestellt. Jede Blattfedergruppe 10, 11 ist ausgebildet, um eine Verkippung um genau einen Rotationsfreiheitsgrad Rx, Ry zu ermöglichen, wobei die Blattfedergruppe 10, 11 bezüglich der weiteren Rotationsfreiheitsgrade, insbesondere bezüglich des dritten Rotationsfreiheitsgrades Rz, entsprechend versteift ist.
Im Ausführungsbeispiel weist die erste Blattfedergruppe 10 genau eine Blattfeder 12 und die zweite Blattfedergruppe 11 genau zwei Blattfedern 12 auf. Die beiden Blattfedern 12 der zweiten Blattfedergruppe 11 sind dabei parallel hintereinander angeordnet. Grundsätzlich kann aber auch eine hiervon abweichende Verteilung und Anzahl von Blattfedern 12 vorgesehen sein.
Die in den Ausführungsbeispielen dargestellten Blattfedern 12 weisen jeweils einen verstärkten Mittelbereich und zwei den Mittelbereich umgebende Außenbereiche auf, wobei die Außenbereiche die Drehachsen ausbilden. Diese Ausgestaltung ist allerdings nicht einschränkend zu verstehen. Grundsätzlich kann sich die Erfindung zur Verwendung mit beliebigen Blattfedern eignen, insbesondere auch für Blattfedern, die lediglich aus einem einzigen Bereich bzw. Abschnitt bestehen, der in sich nachgiebig ist.
In jeder der Gelenkstreben 9.1, 9.2, 9.3, 9.4 ist eine der Blattfedergruppen 10, 11 funktionell der ersten Gelenkeinheit und die weitere Blattfedergruppe 11, 10 funktionell der zweiten Gelenkeinheit zugeordnet. Es kann sich dadurch eine parallele Anordnung der Gelenkeinheiten ergeben, was die Wärmeübertragung von der Trägerstruktur 4 bzw. von dem optischen Element 2 bis zu der Basisstruktur 5 wesentlich verbessern kann.
Die erste Gelenkeinheit, die ein Verkippen der Trägerstruktur 4 um den ersten Rotationsfreiheitsgrad Rx ermöglicht, ist der ersten Blattfedergruppe 10 einer ersten Gelenkstrebe 9.1 zugeordnet und die zweite Gelenkeinheit, die ein Verkippen der Trägerstruktur 4 um den zweiten Rotationsfreiheitsgrad Ry ermöglicht, der zweiten Blattfedergruppe 11 der ersten Gelenkstrebe 9.1 zugeordnet. Diese Zuordnung ist für eine der ersten Gelenkstrebe 9.1 benachbarte, um 90° verdrehte, zweite Gelenkstrebe 9.2 vertauscht, wonach die erste Gelenkeinheit der zweiten Blattfedergruppe 11 der zweiten Gelenkstrebe 9.2 und die zweite Gelenkeinheit der ersten Blattfedergruppe 10 der zweiten Gelenkstrebe 9.2 zugeordnet ist. Eine dritte Gelenkstrebe 9.3, die der ersten Gelenkstrebe 9.1 gegenüberliegt, weist schließlich eine der ersten Gelenkstrebe 9.1 entsprechende Zuordnung und eine vierte Gelenkstrebe 9.4, die der zweiten Gelenkstrebe 9.2 gegenüberliegt, eine der zweiten Gelenkstrebe 9.2 entsprechende Zuordnung auf.
Die erste Gelenkeinheit ist schließlich nur entlang des ersten Rotationsfreiheitsgrades Rx und die zweite Gelenkeinheit nur entlang des zweiten Rotationsfreiheitsgrades Ry beweglich.
In vorteilhafter Weise kann die Kipplagerungseinrichtung 1 bzw. können zumindest die Trägerstruktur 4, die Gelenkstruktur 6 und die Basisstruktur 5 einteilig bzw. monolithisch ausgebildet sein.
Die beschriebene Gelenkstruktur 6 ermöglicht nicht zuletzt eine flexible Positionierung der Momentanpole P_M der beiden Gelenkeinheiten. Im Ausführungsbeispiel sind die beiden Gelenkeinheiten derart ausgebildet und zueinander ausgerichtet, dass deren Momentanpole P_M zusammenfallen. Die Momentanpole P_M befinden sich vorzugsweise auf der Funktionsfläche 3 des optischen Elements bzw. des Facettenspiegelelements 2. Grundsätzlich können die Momentanpole P_M allerdings auch anders im Raum verteilt sein.
Im Gegensatz zu den bekannten, seriellen Anordnungen von Gelenkeinheiten gemäß dem Stand der Technik vermag die vorliegende, parallele Anordnung eine erhöhte Anzahl Wärmepfade 13, im Ausführungsbeispiel vier Wärmepfade 13, bereitzustellen. Hierdurch kann die in das optische Element 2 eingebrachte Wärme auf besonders kurzen, unabhängigen Wärmepfaden 13 abgeführt werden.
6 zeigt schematisch die parallelisierten Wärmepfade 13 der erfindungsgemäßen Gelenkstruktur 6.
Zum Vergleich ist eine Wärmeabführung gemäß dem gattungsgemäßen Stand der Technik der DE 10 2014 214 288 A1 in 7 dargestellt. Gemäß dem Stand der Technik können nur zwei Wärmepfade 13 bereitgestellt werden, die zudem vergleichsweise lang sind. Dies ist darauf zurückzuführen, dass im Stand der Technik die zweite Gelenkeinheit zwingend innerhalb der ersten Gelenkeinheit aufgehängt gelagert sein muss.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014214288 A1 [0003, 0009, 0010, 0089]
DE 102012223034 A1 [0006, 0007]
DE 102016217479 A1 [0011]

Claims

Kipplagerungseinrichtung (1) für ein optisches Element (2), insbesondere für ein Facettenspiegelelement, umfassend eine Trägerstruktur (4) zur Befestigung an dem optischen Element (2), eine Basisstruktur (5) und eine die Trägerstruktur (4) mit der Basisstruktur (5) verbindende Gelenkstruktur (6), wobei die Gelenkstruktur (6) eine erste Gelenkeinheit zum Verkippen der Trägerstruktur (4) relativ zu der Basisstruktur (5) um einen ersten Rotationsfreiheitsgrad (Rx) aufweist und eine zweite Gelenkeinheit zum Verkippen der Trägerstruktur (4) relativ zu der Basisstruktur (5) um einen zweiten Rotationsfreiheitsgrad (Ry) aufweist, und wobei jede der Gelenkeinheiten als aus Blattfedern (12) gebildetes, viergliedriges Koppelgetriebe ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkstruktur (6) zwischen der Trägerstruktur (4) und der Basisstruktur (5) zumindest drei unabhängige Wärmepfade (13) ausbildet.
Kipplagerungseinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkeinheiten parallel zueinander zwischen der Trägerstruktur (4) und der Basisstruktur (5) angeordnet sind.
Kipplagerungseinrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkstruktur (6) aus vier voneinander unabhängigen, um eine Mittelachse (M) der Kipplagerungseinrichtung (1) verteilt angeordnete Gelenkstreben (9) ausgebildet ist, die jeweils die Trägerstruktur (4) und die Basisstruktur (5) miteinander verbinden.
Kipplagerungseinrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Gelenkstreben (9) zwei seriell miteinander verbundene Blattfedergruppen (10, 11) aus jeweils zumindest einer Blattfeder (12) aufweist, wobei eine erste Blattfedergruppe (10) mit ihrem freien Endabschnitt mit der Basisstruktur (5) und eine zweite Blattfedergruppe (11) mit ihrem freien Endabschnitt mit der Trägerstruktur (4) verbunden ist.
Kipplagerungseinrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder der Gelenkstreben (9) eine der Blattfedergruppen (10, 11) funktionell der ersten Gelenkeinheit und die weitere Blattfedergruppe (11, 10) funktionell der zweiten Gelenkeinheit zugeordnet ist.
Kipplagerungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Gelenkeinheit ausschließlich entlang des ersten Rotationsfreiheitsgrades (Rx) und die zweite Gelenkeinheit ausschließlich entlang des zweiten Rotationsfreiheitsgrades (Ry) beweglich ausgebildet ist, wobei die Gelenkeinheiten jeweils entlang der beiden weiteren Rotationsfreiheitsgrade mechanisch versteift sind.
Kipplagerungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Gelenkeinheit und die zweite Gelenkeinheit derart ausgebildet und zueinander ausgerichtet sind, dass die Momentanpole (P_M) der Gelenkeinheiten zusammenfallen.
Kipplagerungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Gelenkeinheit derart ausgebildet und ausgerichtet ist, dass sich der Momentanpol (P_M) der ersten Gelenkeinheit auf einer Funktionsfläche (3) des auf der Trägerstruktur (4) befestigten optischen Elements (2) befindet und/oder dass die zweite Gelenkeinheit derart ausgebildet und ausgerichtet ist, dass sich der Momentanpol (P_M) der zweiten Gelenkeinheit auf der Funktionsfläche (3) des auf der Trägerstruktur (4) befestigten optischen Elements (2) befindet.
Kipplagerungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerstruktur (4), die Basisstruktur (5) und/oder die Gelenkstruktur (6) monolithisch ausgebildet sind.
Projektionsbelichtungsanlage (100, 400) für die Halbleiterlithographie, mit einer Kipplagerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, um ein optisches Element (2, 415, 416, 418, 419, 420, 108) der Projektionsbelichtungsanlage (100, 400), insbesondere ein optischen Element (2, 415, 416, 418, 419, 420, 108) einer Optik (107, 403, 408) der Projektionsbelichtungsanlage (100, 400), entlang zweier Rotationsfreiheitsgrade (Rx, Ry) verkippbar zu lagern.