DE102023203796A1

DE102023203796A1 - Vakuumaktuatoranordnung und Vakuumsystem, insbesondere EUV-Lithographiesystem

Info

Publication number: DE102023203796A1
Application number: DE102023203796.3A
Authority: DE
Inventors: Andreas Hofmaier; Daniel Zemann; Vladimir Mitev; Ingo Gerhold; Mark Feygin
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2023-04-25
Filing date: 2023-04-25
Publication date: 2024-03-07

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vakuumaktuatoranordnung (30) für ein Vakuumsystem, insbesondere für ein EUV-Lithographiesystem (1), umfassend: einen Vakuumaktuator (31) mit einem gegenüber einem Umgebungsvolumen (33) gasdicht abgeschlossenen, in seiner Größe veränderbaren Volumen (32), wobei die Größe des gasdicht abgeschlossenen Volumens (32) von einem Differenzdruck (p₁ - p₂) zwischen einem Druck (p₁) in dem Umgebungsvolumen (33) und einem Druck (p₂) in dem gasdicht abgeschlossenen Volumen (32) abhängig ist, sowie ein Bauteil (34), das durch eine Veränderung der Größe des gasdicht abgeschlossenen Volumens (32) bewegbar ist. Die Erfindung betrifft auch ein Vakuumsystem, insbesondere ein EUV-Lithographiesystem, das mindestens eine solche Vakuumaktuatoranordnung (30) aufweist.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vakuumaktuatoranordnung für ein Vakuumsystem, insbesondere für ein EUV-Lithographiesystem, sowie ein Vakuumsystem, insbesondere ein EUV-Lithographiesystem.
Bei dem EUV-Lithographiesystem kann es sich um eine EUV-Lithographieanlage zur Belichtung eines Wafers handeln, die Strahlung bei einer Betriebswellenlänge im EUV-Wellenlängenbereich verwendet. Es kann sich auch um eine andere optische Anordnung für die EUV-Lithographie handeln, beispielsweise um ein EUV-Inspektionssystem, z.B. zur Inspektion von in der EUV-Lithographie verwendeten Masken, Wafern oder dergleichen.
Die EUV-Optiken eines EUV-Lithographiesystems, beispielsweise einer EUV-Lithographieanlage, weisen Komponenten auf, die im Betrieb besondere dynamische Anforderungen und Positionsgenauigkeiten erfüllen sollen. Es ist typischerweise erforderlich, dass solche Komponenten während des Transports des EUV-Lithographiesystems gesichert sind, um Beschädigungen zu vermeiden. Die Transportsicherung wird in der Regel für den Betrieb entfernt, um die obengenannten Anforderungen zu erfüllen. Als Beispiel für derartige bewegliche, schwimmend gelagerte Komponenten seien hier die Spiegel einer Projektionsoptik einer EUV-Lithographieanlage genannt, die im Betrieb typischerweise durch Lorentz-Aktuatoren getragen und positioniert werden und die beim Transport fest verankert sein sollten. Eine Transportsicherung für derartige EUV-Spiegel einzulegen und zu entfernen, stellt eine mechanische Herausforderung dar, weil die Spiegel teilweise sehr tief in das System integriert und schlecht zugänglich sind. Mechatronische Lösungen sind hierbei wegen der meist starken Ausgasung der Elektronik in der Regel unerwünscht oder nur unter der Auflage zugelassen, dass die Elektronik während des Betriebs nicht im System belassen wird.
In der WO2018/134021A1 ist eine optische Anordnung in Form eines Lithographiesystems beschrieben, die in einem Beispiel eine erste Komponente, z.B. in Form eines Tragrahmens, und eine zweite, relativ zu der ersten bewegliche Komponente, beispielsweise einen Spiegel, aufweist. Die optische Anordnung weist auch ein (Vakuum-)Gehäuse mit einem Innenraum auf, in dem die zweite Komponente angeordnet ist, sowie eine Fixiereinrichtung zur Fixierung der beweglichen zweiten Komponente. Die Fixiereinrichtung weist mindestens ein Fixierelement auf, das in einer Betriebsstellung von der beweglichen Komponente beabstandet ist und das in einer Fixierstellung an der beweglichen Komponente anliegt, wobei das Fixierelement durch eine Veränderung des Innendrucks in dem Gehäuse von der Betriebsstellung in die Fixierstellung bewegbar ist und umgekehrt.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vakuumaktuatoranordnung bereitzustellen, die ohne eine elektronische Ansteuerung betätigt werden kann, sowie ein EUV-Lithographiesystem mit mindestens einer solchen Vakuumaktuatoranordnung bereitzustellen.
Gegenstand der Erfindung
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vakuumaktuatoranordnung, die einen Vakuumaktuator mit einem gegenüber einem Umgebungsvolumen gasdicht abgeschlossenen, in seiner Größe veränderbaren Volumen aufweist, wobei die Größe des gasdicht abgeschlossenen Volumens von einem Differenzdruck zwischen einem Druck in dem Umgebungsvolumen und einem Druck in dem gasdicht abgeschlossenen Volumen abhängig ist, sowie ein Bauteil, das durch eine Veränderung der Größe des gasdicht abgeschlossenen Volumens bewegbar ist. Bei dem beweglichen Bauteil kann es sich um ein mechanisches Bauteil, um ein optisches Bauteil oder um ein elektronisches Bauteil handeln.
Der Vakuumaktuator der erfindungsgemäßen Vakuumaktuatoranordnung nutzt Änderungen des Drucks in dem Umgebungsvolumen, um eine Bewegung des Bauteils zu bewirken. Das Bauteil ist mit dem gasdicht abgeschlossenen Volumen des Vakuumaktuators bewegungsgekoppelt und mittelbar oder unmittelbar mit diesem verbunden. Bei der Bewegung des Bauteils, z.B. in Form einer Mechanik bzw. eines mechanischen Bauteils, kann es sich beispielsweise um eine Linearbewegung handeln, dies ist aber nicht zwingend erforderlich. Für die Bewegung des Bauteils kann insbesondere der Differenzdruck zwischen dem Betriebsdruck des Vakuumsystems und dem normalen Luftdruck, d.h. dem Normaldruck, ausgenutzt werden, der während des Transports und der Montage in dem Vakuumsystem herrscht.
Unter Normaldruck wird ein Druckbereich verstanden, der typischerweise zwischen 1080 hPa in niedrigen Lagen bei wetterbedingt hohem Luftdruck und 750 hPa während des Lufttransports liegt. Der Betriebsdruck in dem Vakuumsystem liegt typischerweise in der Größenordnung von ca. 5 Pa, kann aber auch größer oder kleiner sein. Bei der Inbetriebnahme des Vakuumsystems, beispielsweise einer EUV-Lithographieanlage, werden die Vakuumbedingungen hergestellt und der Umgebungsdruck außerhalb des gasdicht abgeschlossenen Volumens sinkt in dieser Phase von Normaldruck auf den Betriebsdruck ab.
Das in seiner Größe veränderbare Volumen bzw. der Vakuumaktuator ist derart gestaltet, dass er bei einer Volumenänderung das verbundene bzw. bewegungsgekoppelte Bauteil bewegt, wobei der Differenzdruck zwischen dem gasdicht abgeschlossenen Volumen und der Umgebung die Kraft auf das Bauteil bzw. die Position des Bauteils bestimmt. Die Änderung des Drucks in der Umgebung des abgeschlossenen Volumens zwischen Normaldruck und Betriebsdruck bewirkt eine Änderung des Differenzdrucks und somit auch eine Änderung der Kraft auf das Bauteil bzw. der Position des Bauteils. Das Bauteil bzw. die Vakuumaktuatoranordnung ist derart ausgebildet, dass bei der Veränderung des Drucks von Normaldruck auf Betriebsdruck oder umgekehrt eine gewünschte Aktion ausgeführt wird.
Bei einer Ausführungsform bildet der Vakuumaktuator einen Vakuum-Membranbalg und das gasdicht abgeschlossene, in seiner Größe veränderbare Volumen bildet einen Innenraum des Vakuum-Membranbalgs. Membranbälge für Vakuum- bzw. für Ultrahochvakuum-Anwendungen sind typischerweise aus Metall, genauer gesagt aus Edelstahl, gebildet und weisen eine Mehrzahl von Falten bzw. Wellen auf. Um eine Gasdichtigkeit über die Lebensdauer zu gewährleisten, können die Falten bzw. Wellen gebildet werden, indem mehrere jeweils im Wesentlichen ringförmige Edelstahl-Teile miteinander verschweißt oder verlötet werden, wobei keine andere Fügetechnik prinzipiell ausgeschlossen ist. Alternativ kann die Wellenform des Membranbalgs durch eine plastische Deformation der Edelstahl-Membran erzeugt werden.
Bei einer Ausführungsform ist das gasdicht abgeschlossene Volumen evakuiert oder das gasdicht abgeschlossene Volumen ist mit einem Gas gefüllt. Für den Fall, dass das abgeschlossene Volumen evakuiert ist, liegt der Druck in dem abgeschossenen Volumen in der Regel in der Größenordnung des Betriebsdrucks von ca. 5 Pa. Für den Fall, dass das gasdicht abgeschlossene Volumen mit einem Gas gefüllt ist, kann der Druck in dem abgeschlossenen Volumen grundsätzlich beliebig vorgegeben werden.
In der Regel ist der Membranbalg in einem komprimierten Zustand, wenn in der Umgebung des gasdicht abgeschlossenen Volumens Normaldruck herrscht. Dies kann z.B. dazu genutzt werden, um das System bzw. Komponenten des Systems während des Transports zu sichern. Im Betrieb, d.h. wenn das Vakuumsystem evakuiert wird, dehnt sich der Membranbalg in Längsrichtung aus, was bei geeigneter Auslegung des Vakuumaktuators die Sperrung bzw. die Transportsicherung der Komponente(n) aufhebt.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist das Bauteil zwischen einer ersten Stellung, in welcher der Druck in dem Umgebungsvolumen dem Normaldruck entspricht, und einer zweiten Stellung, in welcher der Druck in dem Umgebungsvolumen dem Betriebsdruck des Vakuumsystems entspricht, bewegbar. Die Bewegung des Bauteils zwischen zwei unterschiedlichen Stellungen bei Normaldruck bzw. bei Betriebsdruck kann unterschiedlichen Zwecken dienen.
Bei einer Ausführungsform liegt das Bauteil in einer Fixierstellung an mindestens einer insbesondere beweglichen Komponente des Vakuumsystems an, um die Komponente zu fixieren und ist in einer Freigabestellung von der insbesondere beweglichen Komponente beabstandet, wobei die Fixierstellung die erste Stellung bildet und die Freigabestellung die zweite Stellung bildet, oder umgekehrt. Es können unterschiedliche Arten von Komponenten auf die weiter oben beschriebene Weise fixiert oder freigegeben werden.
Bei einer Weiterbildung ist die bevorzugt schwimmend gelagerte Komponente in der ersten Stellung für den Transport fixiert und in der zweiten Stellung zur Bewegung freigegeben. Wie weiter oben beschrieben wurde, ist es typischerweise erforderlich, bewegliche Komponenten, insbesondere schwimmend gelagerte Komponenten wie z.B. Spiegel, die mit Hilfe von Lorentz-Aktuatoren bewegt werden, beim Transport zu sichern bzw. zu fixieren. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass ein Bauteil in der ersten Stellung, d.h. bei Normaldruck, an der beweglichen Komponente anliegt, um diese zu fixieren. Bei Betriebsdruck wird das Bauteil in die Freigabestellung bewegt, um die Bewegung der Komponente zu ermöglichen.
Bei einer Weiterbildung bildet die Komponente eine dynamische Verbindung aus bevorzugt blanken Glasfasern, der in der ersten Stellung fixiert ist. Dynamische Verbindungen in Form der Glasfasern verbinden dynamisch entkoppelte Module mit der „festen“ Welt, z.B. in Form eines anderen Moduls. In der ersten Stellung wird die dynamische Verbindung in Form der Glasfasern durch das mittels des Vakuumaktuators aktuierte Bauteil, das in der Art einer Halterung wirkt, für den Transport gesichert. In der zweiten Stellung, d.h. bei Betriebsdruck, werden die Glasfasern, in der Regel in Form eines Bündels aus Glasfasern, freigegeben. Freigegeben bedeutet in diesem Zusammenhang, dass das Bauteil mittels des Vakuumaktuators beiseite bewegt wird und die Glasfasern, die von einem entkoppelten Modul zu einem anderen führen, frei hängen.
Bei einer Ausführungsform bildet das Bauteil eine Blende oder eine Abdeckung, die in der ersten Stellung mindestens eine Komponente des Vakuumsystems verdeckt und in der zweiten Stellung mindestens eine Komponente zumindest teilweise freigibt. Die Blende oder Abdeckung kann beispielsweise dazu dienen, um die Sicht auf mindestens eine Komponente beim Transport des Vakuumsystems zu versperren, um zu vermeiden, dass diese Komponente für einen Beobachter einsehbar ist. In der zweiten Stellung wird die Blende zurückgezogen, damit die Komponente im Betrieb des Vakuumsystems offen liegt. Die Blende bzw. die Abdeckung kann auch in der ersten Stellung vor den Oberflächen von empfindlichen Komponenten, z.B. von Sensoren oder dergleichen, platziert werden, um diese vor Partikeln zu schützen, wobei durch die Bewegung in die zweite Stellung bei Betriebsdruck der Zugang zu den Oberflächen geöffnet wird, indem die Blende in eine zurückgezogene Position bewegt wird. Bei dem Bauteil kann es sich auch um eine Abdeckung oder dergleichen handeln, welche in der ersten Stellung mindestens eine Getter-Oberfläche, d.h. eine Oberfläche, die zur Anlagerung von kontaminierenden Stoffen dient, verdeckt, um eine Anlagerung von kontaminierenden Stoffen bei Normaldruck zu verhindern, und in der zweiten Stellung bzw. bei einsetzendem Vakuum die Getter-Oberfläche freigibt, um im Betrieb des Systems die kontaminierenden Stoffe an der Getter-Oberfläche anzulagern.
Bei einer weiteren Weiterbildung unterbricht das Bauteil in der ersten Stellung eine elektronische oder faseroptische Verbindung und stellt die elektronische oder faseroptische Verbindung in der zweiten Stellung her, oder umgekehrt. Bei dieser Weiterbildung kann es sich bei dem Bauteil oder bei einer mit diesem in Verbindung stehenden bzw. bewegungsgekoppelten Komponente beispielsweise um ein optisches Bauteil handeln, welches in der ersten Stellung zwei Abschnitte von Glasfasern miteinander verbindet und in der zweiten Stellung freigibt, oder umgekehrt. Bei dem Bauteil bzw. einer mit diesem zur Bewegung gekoppelten Komponente kann es sich aber auch um ein elektronisches Bauteil handeln, im einfachsten Fall um einen elektronischen Kontakt, der in der ersten Stellung eine elektrische Verbindung zwischen zwei elektronischen Komponenten herstellt und in der zweiten Stellung unterbricht, oder umgekehrt.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Vakuumaktuatoranordnung einen Master-Aktuator zur Bewegung des Bauteils unabhängig vom Druck in dem Umgebungsvolumen auf. Für Tests, die Inbetriebnahme des Vakuumsystems oder für andere Prozesse kann es erforderlich sein, dass der jeweils andere Zustand des Vakuumaktuators benötigt wird, als es der Druck in dem Umgebungsvolumen bzw. die Druckdifferenz bedingen würde. Beispielsweise ist es möglich, bei der Endkontrolle vor der Auslieferung des Vakuumsystems einen Dynamiktest bei Normaldruck durchzuführen, für den eine nach dem weiter oben beschriebenen Prinzip ausgelegte Transportsicherung deaktiviert sein sollte. Die Transportsicherung würde durch den Umgebungsdruck, der dem Normaldruck entspricht, jedoch unerwünschter Weise eingelegt sein. Ein gezielt ansteuerbarer Aktuator, der auch als Master-Aktuator bezeichnet wird, kann in derartigen Situationen verwendet werden, um den Vakuumaktuator mit dem gasdicht abgeschlossenen Volumen zu übersteuern, um die Bewegung des Bauteils unabhängig vom Druck in dem Umgebungsvolumen bzw. vom Differenzdruck zu bewirken und den gewünschten Zustand bzw. die gewünschte Position des Bauteils unabhängig vom Differenzdruck herzustellen.
Bei einer Weiterbildung dieser Ausführungsform weist der Master-Aktuator einen Vakuum-Membranbalg mit einem in seiner Größe veränderbaren Innenvolumen auf, das nicht gasdicht abgeschlossen ist. Das Innenvolumen kann beispielsweise über eine Gasleitung mit der Außenwelt bzw. mit einem Gasreservoir verbunden sein. Über die Gasleitung kann der Druck in dem Innenvolumen des Vakuum-Membranbalgs des Master-Aktuators eingestellt werden, um das Innenvolumen des Vakuum-Membranbalgs zu vergrößern oder zu verkleinern und auf diese Weise eine veränderliche Kraft auf das Bauteil auszuüben.
Bei einer weiteren Weiterbildung ist der Master-Aktuator zur Veränderung der Größe des gasdicht abgeschlossenen Volumens des Vakuumaktuators unabhängig vom Druck in dem Umgebungsvolumen ausgebildet. In diesem Fall wirkt der Master-Aktuator auf das gasdicht abgeschlossene Volumen des Vakuumaktuators ein. Der Vakuum-Membranbalg des Master-Aktuators und der Vakuumaktuator mit dem gasdicht abgeschlossenen Volumen, der ebenfalls in Form eines Vakuum-Membranbalgs ausgebildet sein kann, können miteinander in ihrer Bewegung gekoppelt sein und entlang ein- und derselben Längsrichtung komprimiert oder ausgedehnt werden. Der Vakuum-Membranbalg des Master-Aktuators kann beispielsweise den Vakuum-Membranbalg mit dem gasdicht abgeschlossenen Volumen seitlich umschließen und beide Vakuum-Membranbälge können an ihren beiden Enden miteinander verbunden sein. In diesem Fall kann durch die Veränderung des Innendrucks des Vakuum-Membranbalgs des Master-Aktuators die Größe des gasdicht abgeschlossenen Volumens in Längsrichtung der beiden Vakuum-Membranbälge geändert werden.
Beispielsweise kann in diesem Fall bei Normaldruck (z.B. beim Transport) der komprimierte Vakuum-Membranbalg mit dem gasdicht abgeschlossenen Volumen eine Sperrung von Komponenten, z.B. von Spiegeln, bewirken. Mit Hilfe des Master-Aktuators kann der Vakuum-Membranbalg mit dem gasdicht abgeschlossenen Volumen vom komprimierten Zustand in einen ausgedehnten Zustand verbracht werden, was die Sperrung aufhebt. Herrscht in der Umgebung der Betriebsdruck, ist es im oben beschriebenen Fall typischerweise erforderlich, dass der Innenraum des Vakuum-Membranbalgs des Master-Aktuators evakuiert wird bzw. dass der Druck in dem Innenraum des Vakuum-Membranbalgs des Master-Aktuators gesenkt wird, um auch im Betriebsfall die Sperrung aufzuheben.
Bei einer Weiterbildung ist der Master-Aktuator ausgebildet, das bewegliche Bauteil von der ersten Stellung in die zweite Stellung zu bewegen, oder umgekehrt. Wie weiter oben beschrieben wurde, kann es in bestimmten Fällen günstig sein, dass das Bauteil die jeweils andere Stellung einnimmt, beispielsweise um die Transportsicherung bei Normaldruck zu deaktivieren, um Funktionstests durchzuführen, etc.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein EUV-Lithographiesystem, umfassend: mindestens eine Vakuumaktuatoranordnung, wie sie weiter oben beschrieben ist. Die mindestens eine Vakuumaktuatoranordnung kann zu den weiter oben beschriebenen Zwecken oder zu einem anderen Zweck verwendet werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele sind in der schematischen Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigt

1 schematisch im Meridionalschnitt eine Projektionsbelichtungsanlage für die EUV-Projektionslithografie,
2 eine schematische Darstellung einer Vakuumaktuatoranordnung mit einem mechanischen Bauteil in einer Fixierstellung zur Fixierung einer beweglichen Komponente bei Normaldruck,
3a,b schematische Darstellungen von Kraft-Weg-Diagrammen des Vakuumaktuators in Form eines Vakuum-Membranbalgs bei Normaldruck und bei Betriebsdruck,
4a,b schematische Darstellungen einer Vakuumaktuatoranordnung mit einem mechanischen Bauteil in einer Fixierstellung und in einer Freigabestellung, sowie
5 eine schematische Darstellung eines Vakuumaktuators und eines Master-Aktuators in Form von zwei Vakuum-Membranbälgen.

In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen werden für gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile identische Bezugszeichen verwendet.
Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf 1 exemplarisch die wesentlichen Bestandteile einer optischen Anordnung für die EUV-Lithographie in Form einer Projektionsbelichtungsanlage 1 für die Mikrolithographie beschrieben. Die Beschreibung des grundsätzlichen Aufbaus der Projektionsbelichtungsanlage 1 sowie von deren Bestandteilen ist hierbei nicht einschränkend zu verstehen. Die Projektionsbelichtungsanlage 1 wird unter Vakuumbedingungen betrieben, d.h. bei dieser handelt es sich um ein Vakuumsystem.
Eine Ausführung eines Beleuchtungssystem 2 der Projektionsbelichtungsanlage 1 hat neben einer Licht- bzw. Strahlungsquelle 3 eine Beleuchtungsoptik 4 zur Beleuchtung eines Objektfeldes 5 in einer Objektebene 6. Bei einer alternativen Ausführung kann die Lichtquelle 3 auch als ein zum sonstigen Beleuchtungssystem separates Modul bereitgestellt sein. In diesem Fall umfasst das Beleuchtungssystem die Lichtquelle 3 nicht.
Beleuchtet wird ein im Objektfeld 5 angeordnetes Retikel 7. Das Retikel 7 ist von einem Retikelhalter 8 gehalten. Der Retikelhalter 8 ist über einen Retikelverlagerungsantrieb 9 insbesondere in einer Scanrichtung verlagerbar.
In 1 ist zur Erläuterung ein kartesisches xyz-Koordinatensystem eingezeichnet. Die x-Richtung verläuft senkrecht zur Zeichenebene hinein. Die y-Richtung verläuft horizontal und die z-Richtung verläuft vertikal. Die Scanrichtung verläuft in der 1 längs der y-Richtung. Die z-Richtung verläuft senkrecht zur Objektebene 6.
Die Projektionsbelichtungsanlage 1 umfasst ein Projektionssystem 10. Das Projektionssystem 10 dient zur Abbildung des Objektfeldes 5 in ein Bildfeld 11 in einer Bildebene 12. Abgebildet wird eine Struktur auf dem Retikel 7 auf eine lichtempfindliche Schicht eines im Bereich des Bildfeldes 11 in der Bildebene 12 angeordneten Wafers 13. Der Wafer 13 wird von einem Waferhalter 14 gehalten. Der Waferhalter 14 ist über einen Waferverlagerungsantrieb 15 insbesondere längs der y-Richtung verlagerbar. Die Verlagerung einerseits des Retikels 7 über den Retikelverlagerungsantrieb 9 und andererseits des Wafers 13 über den Waferverlagerungsantrrieb 15 kann synchronisiert zueinander erfolgen.
Bei der Strahlungsquelle 3 handelt es sich um eine EUV-Strahlungsquelle. Die Strahlungsquelle 3 emittiert insbesondere EUV-Strahlung 16, welche im Folgenden auch als Nutzstrahlung, Beleuchtungsstrahlung oder Beleuchtungslicht bezeichnet wird. Die Nutzstrahlung hat insbesondere eine Wellenlänge im Bereich zwischen 5 nm und 30 nm. Bei der Strahlungsquelle 3 kann es sich um eine Plasmaquelle handeln, zum Beispiel um eine LPP-Quelle (Laser Produced Plasma, mithilfe eines Lasers erzeugtes Plasma) oder um eine DPP-Quelle (Gas Discharged Produced Plasma, mittels Gasentladung erzeugtes Plasma). Es kann sich auch um eine synchrotronbasierte Strahlungsquelle handeln. Bei der Strahlungsquelle 3 kann es sich um einen Freie-Elektronen-Laser (Free-Electron-Laser, FEL) handeln.
Die Beleuchtungsstrahlung 16, die von der Strahlungsquelle 3 ausgeht, wird von einem Kollektorspiegel 17 gebündelt. Bei dem Kollektorspiegel 17 kann es sich um einen Kollektorspiegel mit einer oder mit mehreren ellipsoidalen und/oder hyperboloiden Reflexionsflächen handeln. Die mindestens eine Reflexionsfläche des Kollektorspiegels 17 kann im streifenden Einfall (Grazing Incidence, GI), also mit Einfallswinkeln größer als 45°, oder im normalen Einfall (Normal Incidence, NI), also mit Einfallwinkeln kleiner als 45°, mit der Beleuchtungsstrahlung 16 beaufschlagt werden. Der Kollektorspiegel 17 kann einerseits zur Optimierung seiner Reflektivität für die Nutzstrahlung und andererseits zur Unterdrückung von Falschlicht strukturiert und/oder beschichtet sein.
Nach dem Kollektorspiegel 17 propagiert die Beleuchtungsstrahlung 16 durch einen Zwischenfokus in einer Zwischenfokusebene 18. Die Zwischenfokusebene 18 kann eine Trennung zwischen einem Strahlungsquellenmodul, aufweisend die Strahlungsquelle 3 und den Kollektorspiegel 17, und der Beleuchtungsoptik 4 darstellen.
Die Beleuchtungsoptik 4 umfasst einen Umlenkspiegel 19 und diesem im Strahlengang nachgeordnet einen ersten Facettenspiegel 20. Bei dem Umlenkspiegel 19 kann es sich um einen planen Umlenkspiegel oder alternativ um einen Spiegel mit einer über die reine Umlenkungswirkung hinaus bündelbeeinflussenden Wirkung handeln. Alternativ oder zusätzlich kann der Umlenkspiegel 19 als Spektralfilter ausgeführt sein, der eine Nutzlichtwellenlänge der Beleuchtungsstrahlung 16 von Falschlicht einer hiervon abweichenden Wellenlänge trennt. Der erste Facettenspiegel 20 umfasst eine Vielzahl von einzelnen ersten Facetten 21, welche im Folgenden auch als Feldfacetten bezeichnet werden. Von diesen Facetten 21 sind in der 1 nur beispielhaft einige dargestellt. Im Strahlengang der Beleuchtungsoptik 4 ist dem ersten Facettenspiegel 20 nachgeordnet ein zweiter Facettenspiegel 22. Der zweite Facettenspiegel 22 umfasst eine Mehrzahl von zweiten Facetten 23.
Die Beleuchtungsoptik 4 bildet somit ein doppelt facettiertes System. Dieses grundlegende Prinzip wird auch als Wabenkondensor (Fly's Eye Integrator) bezeichnet. Mit Hilfe des zweiten Facettenspiegels 22 werden die einzelnen ersten Facetten 21 in das Objektfeld 5 abgebildet. Der zweite Facettenspiegel 22 ist der letzte bündelformende oder auch tatsächlich der letzte Spiegel für die Beleuchtungsstrahlung 16 im Strahlengang vor dem Objektfeld 5.
Das Projektionssystem 10 umfasst eine Mehrzahl von Spiegeln Mi, welche gemäß ihrer Anordnung im Strahlengang der Projektionsbelichtungsanlage 1 durchnummeriert sind.
Bei dem in der 1 dargestellten Beispiel umfasst das Projektionssystem 10 sechs Spiegel M1 bis M6. Alternativen mit vier, acht, zehn, zwölf oder einer anderen Anzahl an Spiegeln Mi sind ebenso möglich. Der vorletzte Spiegel M5 und der letzte Spiegel M6 haben jeweils eine Durchtrittsöffnung für die Beleuchtungsstrahlung 16. Bei dem Projektionssystem 10 handelt es sich um eine doppelt obskurierte Optik. Die Projektionsoptik 10 hat eine bildseitige numerische Apertur, die größer ist als 0,4 oder 0,5 und die auch größer sein kann als 0,6 und die beispielsweise 0,7 oder 0,75 betragen kann.
Die Spiegel Mi können, genauso wie die Spiegel der Beleuchtungsoptik 4, eine hoch reflektierende Beschichtung für die Beleuchtungsstrahlung 16 aufweisen.
Es kann günstig sein, bestimmte Komponenten der Projektionsbelichtungsanlage 1 ohne eine elektronische Ansteuerung zu betätigen, insbesondere wenn der Innendruck der Projektionsbelichtungsanlage 1 von Normaldruck auf Betriebsdruck geändert wird, oder umgekehrt. 2 zeigt eine zu diesem Zweck geeignete Vakuumaktuatoranordnung 30. Die Vakuumaktuatoranordnung 30 weist einen Vakuumaktuator in Form eines Vakuum-Membranbalgs 31 auf. Ein Innenraum 32 des Vakuum-Membranbalgs 31 bildet ein gegen ein Umgebungsvolumen 33 des Vakuum-Membranbalgs 31 gasdicht abgeschlossenes Volumen. In dem Innenraum 32 herrscht ein zweiter Druck p₂, in der Umgebung 33 des Vakuum-Membranbalgs 31 herrscht ein erster Druck p₁. Der Vakuum-Membranbalg 31 ist entlang seiner Längsrichtung L elastisch deformierbar. Abhängig vom Differenzdruck p₁ - p₂ zwischen dem Druck p₁ in dem Umgebungsvolumen 33 und dem Druck p₂ in dem gasdicht abgeschlossenen Volumen 32 verringert oder vergrößert sich die Länge des Vakuum-Membranbalgs 31 entlang seiner Längsrichtung L, d.h. die Größe des gasdicht abgeschlossenen Volumens in Form des Innenraums 32 nimmt abhängig vom Differenzdruck p₁ - p₂ zu oder ab.
Im gezeigten Beispiel ist der Innenraum 32 des Vakuum-Membranbalgs 31 evakuiert, d.h. der Druck p₂ in dem Innenraum 32 liegt in der Größenordnung von ca. 5 Pa. Der Druck p₁ in dem Umgebungsvolumen 33 schwankt zwischen Normaldruck bzw. Atmosphärendruck, z.B. beim Transport der Projektionsbelichtungsanlage 1 und dem Betriebsdruck der Projektionsbelichtungsanlage 1, der ebenfalls in der Größenordnung von ca. 5 Pa liegt. Im gezeigten Beispiel nimmt die Größe des gasdicht abgeschlossenen Volumens 31 mit zunehmendem Differenzdruck p₁ - p₂ ab, d.h. die auch Länge des Vakuum-Membranbalgs 31 im Längsrichtung L nimmt mit zunehmendem Differenzdruck p₁ - p₂ ab. Handelt es sich bei dem Druck p₁ in dem Umgebungsvolumen 33 um Normaldruck, ist die Länge des Vakuum-Membranbalgs 31 daher geringer als für den Fall, dass in dem Umgebungsvolumen 33 der Betriebsdruck p_B herrscht. Alternativ zur Evakuierung des Innenraums 32 ist es möglich, dass der Innenraum 32 mit einem Gas mit einem vorgegebenen Druck p₂ befüllt ist.
3a,b zeigen jeweils ein Kraft-Weg-Diagramm des Vakuum-Membranbalgs 31 bei Normaldruck p_N, d.h. bei einem Druck zwischen ca. 750 hPa und 1080 hPa, und bei Betriebsdruck p_B, d.h. bei einem Druck von ca. 5 Pa. In 3a ist der Innenraum 32 des Vakuum-Membranbalgs 31 evakuiert, in 3b ist der Innenraum 32 des Vakuum-Membranbalgs 31 mit einem Gas gefüllt. Der Weg s entspricht hierbei der Kompressionsstrecke des Vakuum-Membranbalgs 31, wobei eine Kompressionsstrecke s mit positivem Vorzeichen einer Kompression des Vakuum-Membranbalgs 31 entspricht und eine Kompressionsstrecke s mit negativem Vorzeichen einer Expansion des Vakuum-Membranbalgs 31 entspricht. Bei dem in 3a gezeigten Beispiel ist der Vakuum-Membranbalg 31 bei Normaldruck p_N komprimiert und bei Betriebsdruck p_B entspannt.
Die Vakuumaktuatoranordnung 30 weist auch ein Bauteil 34 auf, das durch eine Veränderung der Größe des gasdicht abgeschlossenen Volumens in Form des Innenraums 32 des Vakuum-Membranbalgs 31 bewegbar ist. Im gezeigten Beispiel handelt es sich bei dem Bauteil 34 um ein mechanisches Bauteil, genauer gesagt um eine Stange, die an einem längsseitigen Ende des Vakuum-Membranbalgs 31 befestigt ist. Bei der elastischen Verformung des Vakuum-Membranbalgs 31 wird das Bauteil 34 in Form der Stange in Längsrichtung L des Vakuum-Membranbalgs 31 bewegt, genauer gesagt linear verschoben.
2 zeigt das Bauteil 34 in Form der Stange in einer zweiten Stellung S₂, in welcher der Druck p₁ in dem Umgebungsvolumen 33 dem Betriebsdruck p_B entspricht. Die zweite Stellung S₂ des Bauteils 34 bildet eine Fixierstellung, in der das Bauteil 34 über eine seitliche Öffnung 35 in einem Führungsbauteil 36 in einen Führungskanal 37 hineinragt, in der eine Kolbenstange 38 verschiebbar geführt ist, an deren Oberseite eine bewegliche Komponente 39 der Projektionsbelichtungsanlage 1 gelagert ist. Durch das seitliche Einführen des freien Endes des Bauteils 34 in den Führungskanal 37 wird die Bewegung der Komponente 39 in vertikaler Richtung nach unten blockiert. In einer in 2 nicht bildlich dargestellten ersten Stellung S₁ greift das Bauteil 34 nicht in den Führungskanal 37 ein und gibt die Bewegung der Komponente 39 frei, d.h. die Komponente 39 kann sich in vertikaler Richtung weiter nach unten bewegen als dies in 2 dargestellt ist.
Bei dem in 2 gezeigten Beispiel wird die Haltekraft für die Komponente 39 nicht von dem Vakuum-Membranbalg 31 selbst aufgebracht. Der Vakuum-Membranbalg 31 wirkt nur als Sperrelement und muss daher nur eine geringe Haltekraft aufbringen. Dies ist günstig, wie nachfolgend anhand des Kraft-Weg-Diagramms von 3a erläutert wird: Bei einer Veränderung des Drucks p₁ in dem Umgebungsvolumen 33 verändert sich die Kraft F entlang des in 3a vertikal verlaufenden Pfeils. Entlang des abfallenden Pfeils dehnt sich der Vakuum-Membranbalg 31 aus und die Kraft F nimmt hierbei ab. Die maximale Energie, die zum Antrieb des Bauteils 34 zur Verfügung steht, entspricht dem in 3a schraffiert dargestellten Dreieck. Unter realen Bedingungen ändern sich die Kraft F und die Kompressionsstrecke s gleichzeitig und die für den Antrieb nutzbare Energie wird geringer ausfallen. Es ist daher günstig, wenn die an den Vakuum-Membranbalg 31 angeschlossene Mechanik auf geringe Haltekräfte ausgelegt ist, wie dies in 2 und in der nachfolgend beschriebenen 4a,b der Fall ist.
Die Vakuumaktuatoranordnung 30 von 4a,b wird für eine Komponente Mi verwendet, bei der es sich um einen der sechs Spiegel Mi (i= 1, ..., 6) des Projektionssystems 10 handelt. Der Spiegel Mi ist schwimmend an einer Halteeinrichtung 40 gelagert, bei der es sich beispielsweise um einen Tragrahmen oder dergleichen handeln kann. In 4a herrscht in dem Umgebungsvolumen 33 der Normaldruck p_N, in 4b herrscht in dem Umgebungsvolumen 33 der Betriebsdruck p_B. Bei Normaldruck p_N liegt das mechanische Bauteil 34 in einer ersten Stellung S₁, die eine Fixierstellung bildet, an dem Spiegel Mi an und drückt diesen gegen einen Endanschlag 41, welcher im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage 1 zur Begrenzung des Bewegungswegs des Spiegels Mi dient. Bei Betriebsdruck p_B befindet sich das mit dem Vakuum-Membranbalg 31 verbundene mechanische Bauteil 34 in einer zweiten Stellung S₂, die auch als Freigabestellung bezeichnet wird, weil das im gezeigten Beispiel hakenförmig ausgebildete Bauteil 34 von dem Spiegel Mi beabstandet ist, um die Bewegung des Spiegels Mi mit Hilfe von nicht bildlich dargestellten Lorentz-Aktuatoren zu ermöglichen.
Es kann erforderlich bzw. günstig sein, das Bauteil 34 unabhängig vom Differenzdruck p₁ - p₂ zu bewegen, beispielsweise um dieses bei Normaldruck p_N von der in 4a gezeigten ersten Stellung S₁ in die in 4b gezeigte zweite Stellung S₂ zu bewegen, um die Bewegung des Spiegels Mi mit Hilfe der Lorentz-Aktuatoren zu überprüfen. Um dies zu ermöglichen, d.h. um das Bauteil 34 unabhängig von der Druckdifferenz p₁ - p₂ von der ersten Stellung S₁ in die zweite Stellung S₂ zu bewegen, kann eine Vakuumaktuatoranordnung 30 verwendet werden, die einen Master-Aktuator 42 aufweist, wie dies in 5 dargestellt ist.
Der Master-Aktuator 42 ist bei dem in 5 gezeigten Beispiel als weiterer Vakuum-Membranbalg ausgebildet, der an seinen beiden längsseitigen Enden mit dem Vakuum-Membranbalg 31 verbunden ist, dessen Innenraum 32 das gasdicht gegenüber der Umgebung abgeschlossene Volumen bildet. Ein Innenvolumen 43 des Master-Aktuators 42 ist nicht gasdicht gegenüber der Umgebung abgeschlossen, sondern steht über eine Gasleitung 44 mit einem nicht bildlich dargestellten Gasreservoir in Verbindung. Über die Gasleitung 44 kann der Druck p₃ in dem Innenvolumen 43 des Master-Aktuators 42 eingestellt werden. Aufgrund der mechanischen Verbindung mit dem Vakuum-Membranbalg 31 kann dieser abhängig vom Druck p₃ von dem Master-Aktuator 42 übersteuert werden. Beispielsweise kann der Druck p₃ in dem Innenvolumen 43 des Master-Aktuators 42 erhöht werden, um die Länge des Vakuum-Membranbalgs 31 zu vergrößern.
Auf diese Weise kann das in 4a,b gezeigte Bauteil 34 von der in 4a gezeigten ersten Stellung S₁ in die in 4b gezeigte zweite Stellung S₂ bewegt werden, um den Spiegel Mi auch dann zur Bewegung freizugeben, wenn in dem Umgebungsvolumen 33 nicht der Betriebsdruck p_B sondern Normaldruck p_N herrscht. Im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage 1 ist es in diesem Fall erforderlich, den Druck p₃ in dem Innenvolumen 43 des Master-Aktuators 42 zu reduzieren bzw. das Innenvolumen 43 zu evakuieren, um die Sperrung im Betriebsfall aufzuheben.
Es versteht sich, dass auf die weiter oben beschriebene Weise auch andere Komponenten als die Spiegel Mi des Projektionssystems 10 zum Transport gesichert werden können. Beispielsweise kann es sich bei einer solchen Komponente um eine dynamische Verbindung aus Glasfasern handeln, die in der ersten Stellung S₁ fixiert ist und in der zweiten Stellung freigegeben wird.
Alternativ kann es sich bei dem Bauteil 34 um eine Blende oder eine Abdeckung handeln, die in der ersten Stellung S₁ mindestens eine Komponente der Projektionsbelichtungsanlage 1 verdeckt und in der zweiten Stellung S₂ die mindestens eine Komponente zumindest teilweise freigibt. In diesem Fall wirkt der Vakuumaktuator 31 typischerweise nicht als Sperrelement, sondern bewegt die jeweilige Komponente bzw. das Bauteil 34 direkt. Das Bauteil 34, das von dem Vakuum-Membranbalg 31 bewegt wird, muss nicht zwingend unmittelbar mit dem Vakuum-Membranbalg 31 in Verbindung stehen, sondern kann über weitere Bauteile mit dem Vakuum-Membranbalg 31 bewegungsgekoppelt sein. Das Bauteil 34 kann auch in der ersten Stellung S₁ eine elektronische oder faseroptische Verbindung sperren und die elektronische oder faseroptische Verbindung in der zweiten Stellung S₂ herstellen, oder umgekehrt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2018134021 A1 [0004]

Claims

Vakuumaktuatoranordnung (30) für ein Vakuumsystem, insbesondere für ein EUV-Lithographiesystem (1), umfassend: einen Vakuumaktuator (31) mit einem gegenüber einem Umgebungsvolumen (33) gasdicht abgeschlossenen, in seiner Größe veränderbaren Volumen (32), wobei die Größe des gasdicht abgeschlossenen Volumens (32) von einem Differenzdruck (p₁ - p₂) zwischen einem Druck (p₁) in dem Umgebungsvolumen (33) und einem Druck (p₂) in dem gasdicht abgeschlossenen Volumen (32) abhängig ist, sowie ein Bauteil (34), das durch eine Veränderung der Größe des gasdicht abgeschlossenen Volumens (32) bewegbar ist.
Vakuumaktuatoranordnung nach Anspruch 1, bei dem der Vakuumaktuator einen Vakuum-Membranbalg (31) bildet und das gasdicht abgeschlossene, in seiner Größe veränderbare Volumen einen Innenraum (32) des Vakuum-Membranbalgs (31) bildet.
Vakuumaktuatoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der das gasdicht abgeschlossene Volumen (32) evakuiert ist oder bei dem das gasdicht abgeschlossene Volumen (32) mit einem Gas gefüllt ist.
Vakuumaktuatoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Bauteil (34) zwischen einer ersten Stellung (S₁), in welcher der Druck (p₁) in dem Umgebungsvolumen (33) dem Normaldruck (p_N) entspricht, und einer zweiten Stellung (S₂), in welcher der Druck (p₁) in dem Umgebungsvolumen (33) dem Betriebsdruck (p_B) des Vakuumsystems (1) entspricht, bewegbar ist.
Vakuumaktuatoranordnung nach Anspruch 4, bei der das Bauteil (34) in einer Fixierstellung an mindestens einer Komponente (Mi) des Vakuumsystems (1) anliegt, um die Komponente (Mi) zu fixieren, und in einer Freigabestellung von der Komponente (Mi) beabstandet ist, wobei die Fixierstellung die erste Stellung (S₁) bildet und die Freigabestellung die zweite Stellung (S₂) bildet, oder umgekehrt.
Vakuumaktuatoranordnung nach Anspruch 5, bei der die bevorzugt schwimmend gelagerte Komponente (Mi) in der ersten Stellung (S₁) für den Transport fixiert ist und in der zweiten Stellung (S₂) zur Bewegung freigegeben ist.
Vakuumaktuatoranordnung nach Anspruch 5, bei der die Komponente eine dynamische Verbindung aus bevorzugt blanken Glasfasern bildet, die in der ersten Stellung (S₁) fixiert ist.
Vakuumaktuatoranordnung nach Anspruch 4, bei der das Bauteil (34) eine Blende oder eine Abdeckung bildet, die in der ersten Stellung (S₁) mindestens eine Komponente des Vakuumsystems (1) verdeckt und in der zweiten Stellung (S₂) die mindestens eine Komponente zumindest teilweise freigibt.
Vakuumaktuatoranordnung nach Anspruch 4, bei dem das Bauteil (34) in der ersten Stellung (S₁) eine elektronische oder faseroptische Verbindung unterbricht und in der zweiten Stellung (S₂) die elektronische oder faseroptische Verbindung herstellt, oder umgekehrt.
Vakuumaktuatoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die einen Master-Aktuator (42) zur Bewegung des Bauteils (34) unabhängig vom Druck (p₁) in dem Umgebungsvolumen (33) aufweist.
Vakuumaktuatoranordnung nach Anspruch 10, bei dem der Master-Aktuator einen Vakuum-Membranbalg (42) mit einem in seiner Größe veränderbaren Innenvolumen (43) aufweist, das nicht gasdicht abgeschlossen ist.
Vakuumaktuatoranordnung nach Anspruch 10 oder 11, bei dem der Master-Aktuator (42) zur Veränderung der Größe des gasdicht abgeschlossenen Volumens (32) unabhängig vom Druck (p₁) in dem Umgebungsvolumen (33) ausgebildet ist.
Vakuumaktuatoranordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei welcher der Master-Aktuator (42) ausgebildet ist, das Bauteil (34) von der ersten Stellung (S₁) in die zweite Stellung (S₂) zu bewegen, oder umgekehrt.
Vakuumsystem, insbesondere EUV-Lithographiesystem (1), umfassend: mindestens eine Vakuumaktuatoranordnung (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.