DE102023205587A1

DE102023205587A1 - Bauelement für die Halbleiterlithografie, Verfahren zum Herstellen eines Gelenkkörpers für einen Sensor eines Lithografiesystems und Lithografiesystem

Info

Publication number: DE102023205587A1
Application number: DE102023205587.2A
Authority: DE
Inventors: Henner Baitinger; Christof Metzmacher; Daniel Kai Hoffmann
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2023-06-15
Filing date: 2023-06-15
Publication date: 2023-07-27
Also published as: DE102024200324A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bauelement (1) für die Halbleiterlithografie, wobei das Bauelement (1) dadurch erhältlich ist, dass das Bauelement (1) zunächst durch ein formgebendes Fertigungsverfahren aus Metall ausgebildet wird. Erfindungsgemäß ist das formgebende Fertigungsverfahren Drahterodieren. Anschließend wird wenigstens ein Abschnitt (4) des Bauelements (1) durch eine präzise elektrochemische Metallbearbeitung (PECM) derart bearbeitet, dass eine Oberfläche (5) des Abschnitts (4) im Wesentlichen frei von Mikrorissen (6) ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bauelement für die Halbleiterlithografie, wobei das Bauelement dadurch erhältlich ist, dass das Bauelement zunächst durch ein formgebendes Fertigungsverfahren aus Metall ausgebildet wird.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines Gelenkkörpers für einen Sensor eines Lithografiesystems zur Herstellung von Halbleitern.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Lithografiesystem, insbesondere eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithografie, mit einem Beleuchtungssystem mit einer Strahlungsquelle sowie einer Optik, welche wenigstens ein optisches Element aufweist.
Lithografiesysteme, insbesondere Projektionsbelichtungsanlagen für die Halbleiterlithografie, sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Die zur Abbildung verwendeten optischen Elemente für die Lithografiesysteme, bei denen es sich um Linsen und insbesondere auch um Spiegel handeln kann, müssen mit höchster Präzision positioniert werden, um eine ausreichende Abbildungsqualität gewährleisten zu können. Zum Positionieren der optischen Elemente können Piezoaktuatoren, Piezoschrittantriebe, Elektromotoren und Pneumatik verwendet werden.
Bestandteile der Einrichtungen zur präzisen Ausrichtung der optischen Elemente können Gelenkkörper sein. Gelenkkörper können ferner Bestandteile von Messeinrichtungen sein, die zur Messung der Ausrichtung der optischen Elemente sowie zur Messung der Ausrichtung weiterer Bestandteile der Lithografiesysteme verwendet werden. Die Gelenkkörper können dabei insbesondere als Gelenkkörper für einen Sensor bzw. eine Sensoreinrichtung, als Gelenkkörper zur Unterstützung der Aufhängung des optischen Elements, insbesondere eines Spiegels oder einer Linse, und als Gelenkkörper für einen Aktuator zur Verstellung eines optischen Elements, insbesondere eines Spiegels oder einer Linse, ausgebildet sein.
Die Gelenkkörper sind vorzugsweise aus Metall ausgebildet.
Die bekannten Lithografiesysteme, insbesondere Projektionsbelichtungsanlagen, weisen zudem metallische Bauelemente auf, die als Fassung für eine Optik, insbesondere als Fassung für einen Spiegel oder eine Linse des Lithografiesystems dienen. Ferner können Aktuatoren zur Verstellung der Optik, insbesondere Aktuatoren für einen Spiegel oder eine Linse eines Lithografiesystems, als metallische Bauelemente ausgebildet sein.
Die vorgenannten metallischen Bauelemente, die in der Halbleiterlithografie, insbesondere bei Projektionsbelichtungsanlagen eingesetzt werden, insbesondere Gelenkkörper, Fassungen und Aktuatoren, müssen hohe Anforderungen an die Positionsstabilität erfüllen. Es bestehen insbesondere hohe Anforderungen an die Positionsstabilität für metallische Gelenkkörper in der Fassungstechnik für optisch sensitive Komponenten in der Lithografie oder der Sensorik für die Lithografie. Des Weiteren wirken auf die Gelenkkörper, aber auch auf die Fassungen und die Aktuatoren, von Lithografiesystemen hohe mechanische Belastungen, die sowohl statisch als auch dynamisch sein können.
Um insbesondere die optischen Elemente, die in Lithografiesystemen, insbesondere Projektionsbelichtungsanlagen, eingesetzt werden, mit hoher Präzision ausrichten und messen zu können, ist es von besonderer Bedeutung, dass die Gelenkkörper, die Aktuatoren und die Fassungen eine möglichst geringe Positionsdrift aufweisen.
Die in der Halbleiterlithografie eingesetzten Bauelemente, insbesondere die vorgenannten Bauelemente, werden typischerweise durch ein formgebendes Fertigungsverfahren aus Metall ausgebildet. Dabei kann es jedoch zu einer rauen bzw. unebenen Oberfläche, die auch weitere Defekte, wie Mikrorisse, aufweisen kann, kommen.
Ferner verbleiben Verspannungen im Gefüge der Oberfläche und dem oberflächennahen Bereich der Bauelemente. Diese Defekte mindern die statische und dynamische Festigkeit und können zu einer Drift der Bauelemente, insbesondere der Gelenkkörper, durch Spannungsabbau führen.
Besondere Anforderungen, insbesondere an die Gelenkkörper, aber auch für andere metallische Bauelemente, die in der Halbleiterlithografie eingesetzt werden, ergeben sich dabei auch aufgrund der fortschreitenden Miniaturisierung der Bauelemente.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, aus Metall ausgebildete Bauelemente für die Halbleiterlithografie zur Verfügung zu stellen, die hohe Anforderungen an die Positionsstabilität erfüllen und hohe mechanische Belastungen aufnehmen können.
Der vorliegenden Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Gelenkkörpers für einen Sensor eines Lithografiesystems zur Herstellung von Halbleitern zur Verfügung zu stellen, durch welches die Gelenkkörper derart herstellbar sind, dass diese hohen Anforderungen an die Positionsstabilität erfüllen und hohe mechanische Belastungen aufnehmen können.
Der vorliegenden Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde ein Lithografiesystem zu schaffen, welches die Nachteile des Standes der Technik vermeidet, insbesondere eine hochpräzise Ausrichtung der optischen Elemente unterstützt und/oder eine hochpräzise Messung der Ausrichtung, insbesondere der optischen Elemente, ermöglicht.
Das erfindungsgemäße Bauelement für die Halbleiterlithografie ist dadurch erhältlich, dass das Bauelement zunächst durch ein formgebendes Fertigungsverfahren aus Metall ausgebildet wird. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass das formgebende Fertigungsverfahren Drahterodieren ist. Anschließend wird wenigstens ein Abschnitt des Bauelements durch eine präzise elektrochemische Metallbearbeitung (PECM) derart bearbeitet, dass eine Oberfläche des Abschnitts im Wesentlichen frei von Mikrorissen ist.
Die Erfinder haben erkannt, dass ein Bauelement für die Halbleiterlithografie besonders hohe Anforderungen sowohl hinsichtlich der Positionsstabilität als auch hinsichtlich der Fähigkeit, hohe mechanische Belastungen aufnehmen zu können, erfüllt, wenn das Bauelement zunächst durch ein formgebendes Fertigungsverfahren aus Metall (Drahterodieren) ausgebildet wird und anschließend wenigstens ein Abschnitt des Bauelements durch eine präzise elektrochemische Metallbearbeitung (PECM), insbesondere als finale Oberflächenbearbeitung, derart bearbeitet wird, dass eine Oberfläche des Abschnitts im Wesentlichen frei von Mikrorissen ist. Dadurch werden auch Verspannungen im Gefüge der Oberfläche und dem oberflächennahen Bereich reduziert bzw. abgebaut und die nach dem formgebenden Fertigungsverfahren aus Metall (Drahterodieren) in dem Abschnitt vorhandene raue Oberfläche geglättet.
Erfindungsgemäß kann es ausreichend sein, wenn ein Abschnitt des Bauelements, insbesondere ein Abschnitt der den höchsten Belastungen ausgesetzt ist, bzw. einen reduzierten Querschnitt aufweist, verglichen mit den anderen Abschnitten des Bauelements, durch eine präzise elektrochemische Metallbearbeitung nachbearbeitet wird. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass mehrere Abschnitte, die insbesondere auf Abstand zueinander angeordnet sind, oder auch das gesamte Bauelement an dessen Außenumfang durch eine präzise elektrochemische Metallbearbeitung derart bearbeitet wird, dass die bearbeitete Oberfläche im Wesentlichen frei von Mikrorissen ist.
Durch die präzise elektrochemische Metallbearbeitung wird elektrochemisch die oberste Schicht der Oberfläche des Bauelements abgetragen und dadurch die Defekte entfernt. Das Ergebnis ist eine sehr glatte und defektfreie Oberfläche ohne Gratbildung und Unebenheiten.
Die Erfinder haben erkannt, dass durch die präzise elektrochemische Metallbearbeitung das Bauelement derart bearbeitet werden kann, dass Anforderungen an die Positionsdrift in der Größenordnung weniger pm/min erreicht werden können. Dies wird dadurch erreicht, dass der bearbeitete Abschnitt eine besonders hohe Oberflächengüte aufweist, derart, wie diese durch die präzise elektrochemische Metallbearbeitung erreicht werden kann.
Es hat sich gezeigt, dass auch die statische und dynamische Festigkeit des Bauelements von der hohen Oberflächengüte, die sich durch die präzise elektrochemische Metallbearbeitung ergibt, profitiert. Oberflächendefekte, die ein Risswachstum und damit ein frühes mechanisches Versagen eines Bauelements begünstigt, werden durch die präzise elektrochemische Metallbearbeitung vermieden.
Durch die präzise elektrochemische Metallbearbeitung (PECM) ist in vorteilhafter Weise eine berührungslose und somit kontaminationsfreie Bearbeitung ohne thermische und mechanische Beeinflussung des Bauelements möglich. Das Bauelement ist deformationsfrei erhältlich. Ferner weist das Bauelement keinen zusätzlichen Spannungseintrag sowie keine Deposition oder Oxidation auf. Das Bauelement weist aufgrund der präzisen elektrochemischen Metallbearbeitung (PECM) eine hohe Oberflächengüte, eine hohe Reproduzierbarkeit und Genauigkeit auf und ist schnell erhältlich.
Es hat sich im Rahmen der Erfindung als besonders geeignet herausgestellt, wenn das metallische Bauelement durch Drahterodieren hergestellt bzw. in Form gebracht wird. Die beim Drahterodieren typischerweise entstehende raue Oberfläche, die auch weitere Defekte, wie Mikrorisse, aufweisen kann, wird durch die präzise elektrochemische Metallbearbeitung derart bearbeitet, dass wenigstens ein Abschnitt der Oberfläche des Bauelements im Wesentlichen frei von Mikrorissen ist.
Aufgrund der Nachteile des Drahterodierens war der Einsatz dieses Fertigungsverfahrens bei der Herstellung von Bauelementen für die Halbleiterlithografie bislang nicht erwünscht.
Die Erfinder haben jedoch erkannt, dass die Vorteile des Drahterodierens, nämlich eine hohe Dimensions- und Formtreue, zur Herstellung von metallischen Bauelementen für die Halbleiterlithografie in besonderer Weise genützt werden können, wenn nach dem Drahterodieren wenigstens in einem Abschnitt des Bauelements die Oberfläche durch eine präzise elektrochemische Metallbearbeitung bearbeitet wird.
Alternativ zum Drahterodieren könnten auch Frästeile oder ein Feindrehen vorgesehen sein.
Die präzise elektrochemische Metallbearbeitung (PECM) kann sich ferner auch für Bauelemente eignen, die durch ein formgebendes Fertigungsverfahren aus Metall erhältlich sind, bei dem es sich nicht um Drahterodieren handelt.
Von Vorteil ist es, wenn das Bauelement aus Molybdän, vorzugsweise aus einer Molybdänlegierung, insbesondere einer Molybdänbasislegierung, ausgebildet ist.
Die Erfinder haben erkannt, dass sich besondere Vorteile ergeben, wenn das Bauelement für die Halbleiterlithografie aus Molybdän, vorzugsweise aus einer Molybdänlegierung, insbesondere einer Molybdänbasislegierung, ausgebildet wird. Die Verwendung eines Sondermetalls, wie z. B. eine Molybdänbasislegierung, weist für ein Bauelement für die Halbleiterlithografie besondere Vorteile auf, da sich durch eine Ausbildung aus einer Molybdänbasislegierung besonders hohe Anforderungen an Dimensions- und Formtreue erreichen lassen, wenn das formgebende Fertigungsverfahren Drahterodieren ist. Die speziell bei Sondermetallen, wie z. B. einer Molybdänbasislegierung, auftretenden Nachteile, nämlich die Ausbildung von Mikrorissen bei Fertigung mit Drahterodieren, lassen sich durch die erfindungsgemäß vorgesehene Bearbeitung wenigstens eines Abschnitts des Bauelements durch eine präzise elektrochemische Metallbearbeitung vermeiden. Somit lassen sich die Vorteile einer Ausbildung des Bauelements aus einer Molybdänbasislegierung durch Drahterodieren für Bauelemente für die Halbleiterlithografie ausnutzen, ohne die Nachteile in Kauf nehmen zu müssen.
Die Formgebung des metallischen Bauelements erfolgt erfindungsgemäß durch Drahterodieren, anschließend können die Verspannungen in der Oberfläche und die Mikrorisse, die durch das Drahterodieren entstehen, mit dem PECM-Verfahren entfernt und eine deutlich glattere Oberfläche erzielt werden.
Alternativ zu der Ausbildung des metallischen Bauelements aus einer Molybdänbasislegierung kann auch eine Ausbildung aus Aluminium, Stahl oder Kupfer, durch Drahterodieren vorgesehen sein.
Alternativ zu einer Ausbildung des Bauelements aus Molybdän kann auch vorgesehen sein, dass das Bauelement aus Wolfram (W), Titan (Ti), Niob (Nb) oder Zirconium (Zr), oder einer Wolframlegierung, einer Titanlegierung, einer Nioblegierung oder einer Zirconiumlegierung ausgebildet ist.
Weiter alternativ kann das Bauelement aus einer hochfesten amagnetischen Legierung oder nicht-rostenden Stählen ausgebildet sein.
Erfindungsgemäß kann ferner vorgesehen sein, dass durch die präzise elektrochemische Metallbearbeitung (PECM) in dem Abschnitt 0,1 bis 100 µm, insbesondere 0,2 bis 20 µm, der Oberfläche abgetragen ist bzw. wird.
Die vorgenannten Werte haben sich als besonders geeignet herausgestellt, um in dem Abschnitt eine Oberfläche auszubilden, die im Wesentlichen frei von Mikrorissen bzw. frei von Defekten ist. Ein Abtragen der Oberfläche bis in die vorgenannte Tiefe, insbesondere 0,2 bis 20 µm, hat den Vorteil, dass das Verfahren vergleichsweise schnell durchgeführt werden kann und dennoch eine Oberfläche ausgebildet wird, die im Wesentlichen frei von Mikrorissen ist. Die vorgenannten Werte haben sich insbesondere für Bauelemente bewährt, die in der Halbleiterlithografie, insbesondere bei Projektionsbelichtungsanlagen, eingesetzt werden.
Von Vorteil ist es, wenn das Bauelement ein Gelenkkörper ist.
Es hat sich als besonders geeignet herausgestellt, Gelenkkörper, die in der Halbleiterlithografie, insbesondere bei Projektionsbelichtungsanlagen, eingesetzt werden, erfindungsgemäß auszubilden. Hierfür eignet es sich insbesondere auch, wenn durch die präzise elektrochemische Metallbearbeitung in dem Abschnitt 0,1 bis 100 µm, insbesondere 0,2 bis 20 µm, der Oberfläche abgetragen ist bzw. wird.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass der Gelenkkörper als Gelenkkörper für einen Sensor zur Verwendung in der Halbleiterlithografie ausgebildet ist.
Es hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn Gelenkkörper für die Sensoren, die zur Verwendung in der Halbleiterlithografie, insbesondere bei Projektionsbelichtungsanlagen, vorgesehen sind, erfindungsgemäß ausgebildet sind. Es kann sich bei den Sensoren insbesondere um optische Sensorköpfe handeln.
Es hat sich gezeigt, dass speziell die Gelenkkörper, die für Sensoren eingesetzt werden, um die Ausrichtung anderer Elemente, insbesondere der optischen Elemente einer Projektionsbelichtungsanlage, insbesondere der Spiegel und der Linsen, zu messen, besonders hohe Anforderungen an die Positionsdrift aufweisen sollten. Diese Anforderungen lassen sich durch die erfindungsgemäß vorgesehene Ausbildung erreichen. Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht die Herstellung von Gelenkkörpern, die eine Positionsdrift in der Größenordnung weniger pm/min aufweisen. Dadurch lassen sich hochpräzise Messergebnisse erreichen, wodurch die Ausrichtung, insbesondere der optischen Elemente, verbessert werden kann.
Es hat sich gezeigt, dass auch die Gelenkkörper, die im Rahmen der Halbleiterlithografie, insbesondere bei Projektionsbelichtungsanlagen, zur Aufhängung der optischen Elemente, insbesondere der Spiegel und Linsen, insbesondere auch von Mikrospiegeln, verwendet werden, höhere Anforderungen erfüllen, wenn diese erfindungsgemäß ausgebildet sind bzw. durch die erfindungsgemäße Lösung erhältlich sind.
Es hat sich ferner gezeigt, dass auch Gelenkkörper, die für Aktuatoren verwendet werden, durch welche wiederum eine Verstellung bzw. Manipulation der optischen Elemente, insbesondere der Linsen und der Spiegel erfolgt, höhere Anforderungen erfüllen, wenn diese erfindungsgemäß ausgebildet sind bzw. durch die erfindungsgemäße Lösung erhältlich sind.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass der Gelenkkörper eine Oberflächengüte derart aufweist, dass eine Positionsdrift weniger als 10 pm/min, vorzugsweise weniger als 1 pm/min beträgt.
Es hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn der erfindungsgemäß erhältliche Gelenkkörper derart ausgebildet ist, dass durch die präzise elektrochemische Metallbearbeitung eine Oberflächengüte in dem bearbeiteten Abschnitt erreicht wird, derart, dass eine Positionsdrift weniger als 10 pm/min, vorzugsweise weniger als 5 pm/min, insbesondere weniger als 1 pm/min, beträgt.
Von Vorteil kann es sein, wenn eine Gelenkeinrichtung für einen Sensor zur Verwendung in der Halbleiterlithografie derart ausgebildet ist, dass dieser mehrere Gelenkkörper aufweist, die erfindungsgemäß hergestellt sind, insbesondere dass alle Gelenkkörper der Gelenkeinrichtung erfindungsgemäß hergestellt sind.
Erfindungsgemäß kann ferner vorgesehen sein, dass das Bauelement eine Fassung für eine Optik, insbesondere eine Fassung für einen Spiegel oder eine Linse eines Lithografiesystems zur Herstellung von Halbleiter ist, oder dass das Bauelement ein Aktuator zur Verstellung einer Optik, insbesondere ein Aktuator zur Verstellung eines Spiegels oder einer Linse eines Lithografiesystems zur Herstellung von Halbleitern, ist.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn eine Fassung für die Optik, insbesondere eine Fassung für einen der Spiegel oder eine der Linsen eines Lithografiesystems, insbesondere einer Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithografie, dadurch erhältlich ist, dass die erfindungsgemäßen Schritte durchgeführt werden.
Durch diese Maßnahme lässt sich eine hohe Positionsstabilität erreichen. Zudem können hohe mechanische Belastungen aufgenommen werden und die Fassung erfüllt hohe Anforderungen an die Dimensions- und Formtreue.
Des Weiteren hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, auch die Aktuatoren zur Verstellung bzw. zur Manipulation der Optik, insbesondere eines der Spiegel bzw. einer der Linsen des Lithografiesystems, insbesondere einer Projektionsbelichtungsanlage zur Herstellung von Halbleitern, dadurch auszubilden bzw. zu erhalten, dass die erfindungsgemäßen Schritte durchgeführt werden.
Das erfindungsgemäße Bauelement, insbesondere in einer Ausbildung als Gelenkkörper, Fassung oder Aktuator, lässt sich besonders vorteilhaft bei Projektionsbelichtungsanlagen, insbesondere bei EUV- und DUV-Projektionsbelichtungsanlagen, einsetzen, bei denen zur Herstellung von Halbleitern vorgesehen ist, dass ein Wafer belichtet wird. Die hierzu vorgesehenen optischen Elemente, insbesondere Spiegel oder Linsen, können durch das erfindungsgemäße Bauelement besonders exakt ausgerichtet und/oder deren Ausrichtung exakt gemessen werden, wodurch es möglich ist, die Projektionsbelichtungsanlage besonders exakt zu betreiben und insbesondere den Wafer besonders exakt zu belichten.
Bei der präzisen elektrochemischen Metallbearbeitung (PECM) handelt es sich um ein bekanntes Verfahren zur elektrochemischen Bearbeitung von Bauelementen. Dabei wird das zu bearbeitende Bauelement als Anode und ein metallisch leitendes Werkzeug als Kathode geschaltet. In einem Arbeitsspalt zwischen der Anode und der Kathode wird eine leitfähige Flüssigkeit bzw. eine Elektrolytlösung bereitgestellt. Ferner wird zwischen der Anode und der Kathode eine gepulste Gleichspannung angelegt, so dass ein elektrischer Strom fließt, der die Oberfläche des Bauelements abträgt. Im Rahmen der Erfindung ist dabei vorgesehen, dass wenigstens von einem Abschnitt der Oberfläche des Bauelements Metallionen abgelöst werden. Durch eine überlagerte mechanische Oszillationsbewegung kann dafür gesorgt werden, dass die Elektrolytlösung ausreichend ausgetauscht und erneuert wird. Um den Strom während der Werkzeugbewegung bei kleinen Spaltbedingungen fließen zu lassen, kann vorzugsweise eine gepulste, frei parametrierbare Stromquelle zum Einsatz kommen. Der Ladungstransport im Arbeitsspalt zwischen der Anode und der Kathode kann von der Elektrolytlösung, z. B. einer wässrigen Lösung von Natriumchlorid (NaCl, Kochsalzlösung) oder Natriumnitrat (NaNO₃) übernommen werden.
Im Rahmen der präzisen elektrochemischen Metallbearbeitung (PECM) kann die Verwendung einer oszillierenden Elektrode vorgesehen, durch welche eine besonders gute Durchspülung mit einer Elektrolytlösung und damit besonders präzise Ergebnisse bzw. eine hohe Formentreue erreicht werden kann. Im Rahmen der präzisen elektrochemischen Metallbearbeitung (PECM) ist insbesondere der Einsatz einer gepulsten Gleichspannung und einer oszillierenden Kathode vorgesehen.
Die präzise elektrochemische Metallbearbeitung ermöglicht eine berührungsfreie Bearbeitung ohne thermische und mechanische Beeinflussung. Es findet kein prozessbedingter Kathodenverschleiß statt. Es lassen sich Rauhtiefen bis zu Rz (mittlere Rauheit) 0,2 / Ra (arithmetischer Mittenrauwert) 0,05 (materialabhängig) erreichen. Dies hat sich für die Erfindung als vorteilhaft herausgestellt. Mit der präzisen elektrochemischen Metallbearbeitung lassen sich Abbildungsgenauigkeiten von < 20 µm erreichen. Von Vorteil ist es dabei auch, dass eine Bearbeitung an gehärteten Werkstücken möglich ist.
Es hat sich als besonders geeignet herausgestellt, wenn wenigstens ein Abschnitt des Bauelements durch eine präzise elektrochemische Metallbearbeitung (PECM) derart bearbeitet wird, dass eine Oberfläche des Abschnitts im Wesentlichen frei von Mikrorissen ist. Eine Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik lässt sich jedoch bereits dadurch erreichen, dass allgemein ein elektrochemisches Abtragen oder allgemein ein abtragendes Fertigungsverfahren, das sich die Elektrolyse zunutze macht, eingesetzt wird. Eine weitere Variante, durch die sich die Oberfläche des Abschnitts bearbeiten bzw. verbessern lässt, ist das elektrochemisches Mikrofräsen.
Es sei darauf hingewiesen, dass das PECM-Verfahren auch als „Pulsed Electrochemical Machining“-Verfahren bezeichnet wird.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines Gelenkkörpers für einen Sensor eines Lithografiesystems zur Herstellung von Halbleitern. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass der Gelenkkörper durch Drahterodieren aus Molybdän, vorzugsweise aus einer Molybdänlegierung, insbesondere einer Molybdänbasislegierung, ausgebildet wird, wonach wenigstens ein Abschnitt des Gelenkkörpers durch eine präzise elektrochemische Metallbearbeitung (PECM) derart bearbeitet wird, dass in dem Abschnitt 0,1 µm bis 100 µm, vorzugsweise 0,2 µm bis 20 µm, der Oberfläche abgetragen werden.
Die Erfinder haben erkannt, dass sich ein besonders vorteilhafter Gelenkkörper für einen Sensor eines Lithografiesystems, insbesondere einer Projektionsbelichtungsanlage zur Herstellung von Halbleitern, dadurch herstellen lässt, dass der Gelenkkörper zunächst durch Drahterodieren aus Molybdän, vorzugsweise aus einer Molybdänlegierung, insbesondere aus einer Molybdänbasislegierung, ausgebildet wird. Anschließend kann wenigstens ein Abschnitt oder mehrere Abschnitte des Gelenkkörpers oder der gesamte Gelenkkörper durch eine präzise elektrochemische Metallbearbeitung (PECM) derart bearbeitet werden, dass in dem Abschnitt 0,1 µm bis 100 µm, vorzugsweise 0,2 µm bis 20 µm, der Oberfläche abgetragen werden.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich ein Gelenkkörper ausbilden, der die Vorteile des Drahterodierens aus vorzugsweise einer Molybdänlegierung, insbesondere einer Molybdänbasislegierung, nämlich die sich dadurch ergebende hohe Dimensions- und Formtreue genutzt werden können, ohne dass die Nachteile eines derartigen Verfahrens, nämlich die Ausbildung von Mikrorissen und Defekten in Kauf genommen werden müssen. Die Nachteile werden durch die nachfolgende Bearbeitung wenigstens eines Abschnitts des Gelenkkörpers durch die präzise elektrochemische Metallbearbeitung vermieden bzw. beseitigt, so dass eine hervorragende Oberflächengüte erreicht wird und somit hohe Anforderungen an die Positionsstabilität erfüllt werden und hohe mechanische Belastungen durch den Gelenkkörper, sowohl statisch als auch dynamisch, aufgenommen werden können.
Die präzise elektrochemische Metallbearbeitung (PECM) wird vorzugsweise derart durchgeführt, dass der Gelenkkörper nach der Durchführung des Verfahrens eine Oberflächengüte derart aufweist, dass eine Positionsdrift weniger als 10 pm/min, vorzugsweise weniger als 5 pm/min, insbesondere weniger als 1 pm/min, beträgt.
Zu den weiteren Vorteilen eines derartigen Verfahrens und zu möglichen Ausgestaltungen wird auf die vorstehenden und nachfolgenden Ausführungen zu dem erfindungsgemäß erhältlichen Bauelement verwiesen.
Die Erfindung betrifft auch ein Lithografiesystem, insbesondere eine Projektionsbelichtungsanlage für eine Halbleiterlithografie, mit einem Beleuchtungssystem mit einer Strahlungsquelle sowie einer Optik, welche wenigstens ein optisches Element aufweist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass wenigstens ein metallisches Bauelement des Lithografiesystems, insbesondere der Projektionsbelichtungsanlage, ein Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ist und/oder wenigstens teilweise unter Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 9 hergestellt ist.
Merkmale, die im Zusammenhang mit einem der Gegenstände der Erfindung, namentlich gegeben durch das erfindungsgemäße Bauelement, das erfindungsgemäße Verfahren oder das erfindungsgemäße Lithografiesystem, beschrieben wurden, sind auch für die anderen Gegenstände der Erfindung vorteilhaft umsetzbar. Ebenso können Vorteile, die im Zusammenhang mit einem der Gegenstände der Erfindung genannt wurden, auch auf die anderen Gegenstände der Erfindung bezogen verstanden werden.
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.
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:

1 eine EUV-Projektionsbelichtungsanlage im Meridionalschnitt;
2 eine DUV-Projektionsbelichtungsanlage;
3 eine prinzipmäßige Darstellung einer Gelenkeinrichtung mit zwei erfindungsgemäßen Bauelementen, die als Gelenkkörper für einen Sensor zur Verwendung in der Halbleiterlithografie ausgebildet sind;
4 eine schematische Darstellung eines Bauelements in einer Ausbildung als Gelenkkörper zur Verwendung in der Halbleiterlithografie vor der Durchführung der präzisen elektrochemischen Metallbearbeitung (PECM);
5 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäß erhältlichen Bauelements in einer Ausbildung als Gelenkkörper zur Verwendung in der Halbleiterlithografie nach der Durchführung der präzisen elektrochemischen Metallbearbeitung (PECM); und
6 eine prinzipmäßige Darstellung der präzisen elektrochemischen Metallbearbeitung (PECM).

Im Folgenden werden zunächst unter Bezugnahme auf 1 exemplarisch die wesentlichen Bestandteile einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage 100 für die Mikrolithografie als Beispiel für ein Lithografiesystem beschrieben. Die Beschreibung des grundsätzlichen Aufbaus der EUV-Projektionsbelichtungsanlage 100 sowie deren Bestandteile sei hierbei nicht einschränkend verstanden.
Ein Beleuchtungssystem 101 der EUV-Projektionsbelichtungsanlage 100 weist neben einer Strahlungsquelle 102 eine Beleuchtungsoptik 103 zur Beleuchtung eines Objektfeldes 104 in einer Objektebene 105 auf. Belichtet wird hierbei ein im Objektfeld 104 angeordnetes Retikel 106. Das Retikel 106 ist von einem Retikelhalter 107 gehalten. Der Retikelhalter 107 ist über einen Retikelverlagerungsantrieb 108 insbesondere in einer Scanrichtung verlagerbar.
In 1 ist zur Erläuterung ein kartesisches xyz-Koordinatensystem eingezeichnet. Die x-Richtung verläuft senkrecht in die Zeichenebene hinein. Die y-Richtung verläuft horizontal und die z-Richtung verläuft vertikal. Die Scanrichtung verläuft in 1 längs der y-Richtung. Die z-Richtung verläuft senkrecht zur Objektebene 105.
Die EUV-Projektionsbelichtungsanlage 100 umfasst eine Projektionsoptik 109. Die Projektionsoptik 109 dient zur Abbildung des Objektfeldes 104 in ein Bildfeld 110 in einer Bildebene 111. Die Bildebene 111 verläuft parallel zur Objektebene 105. Alternativ ist auch ein von 0° verschiedener Winkel zwischen der Objektebene 105 und der Bildebene 111 möglich.
Abgebildet wird eine Struktur auf dem Retikel 106 auf eine lichtempfindliche Schicht eines im Bereich des Bildfeldes 110 in der Bildebene 111 angeordneten Wafers 112. Der Wafer 112 wird von einem Waferhalter 113 gehalten. Der Waferhalter 113 ist über einen Waferverlagerungsantrieb 114 insbesondere längs der y-Richtung verlagerbar. Die Verlagerung einerseits des Retikels 106 über den Retikelverlagerungsantrieb 108 und andererseits des Wafers 112 über den Waferverlagerungsantrieb 114 kann synchronisiert zueinander erfolgen.
Bei der Strahlungsquelle 102 handelt es sich um eine EUV-Strahlungsquelle. Die Strahlungsquelle 102 emittiert insbesondere EUV-Strahlung 115, welche im Folgenden auch als Nutzstrahlung oder Beleuchtungsstrahlung bezeichnet wird. Die Nutzstrahlung 115 hat insbesondere eine Wellenlänge im Bereich zwischen 5 nm und 30 nm. Bei der Strahlungsquelle 102 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 102 kann es sich um einen Freie-Elektronen-Laser („Free-Electron-Laser“, FEL) handeln.
Die Beleuchtungsstrahlung 115, die von der Strahlungsquelle 102 ausgeht, wird von einem Kollektor 116 gebündelt. Bei dem Kollektor 116 kann es sich um einen Kollektor mit einer oder mit mehreren ellipsoidalen und/oder hyperboloiden Reflexionsflächen handeln. Die mindestens eine Reflexionsfläche des Kollektors 116 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 115 beaufschlagt werden. Der Kollektor 116 kann einerseits zur Optimierung seiner Reflektivität für die Nutzstrahlung 115 und andererseits zur Unterdrückung von Falschlicht strukturiert und/oder beschichtet sein.
Nach dem Kollektor 116 propagiert die Beleuchtungsstrahlung 115 durch einen Zwischenfokus in einer Zwischenfokusebene 117. Die Zwischenfokusebene 117 kann eine Trennung zwischen einem Strahlungsquellenmodul, aufweisend die Strahlungsquelle 102 und den Kollektor 116, und der Beleuchtungsoptik 103 darstellen.
Die Beleuchtungsoptik 103 umfasst einen Umlenkspiegel 118 und diesem im Strahlengang nachgeordnet einen ersten Facettenspiegel 119. Bei dem Umlenkspiegel 118 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 118 als Spektralfilter ausgeführt sein, der eine Nutzlichtwellenlänge der Beleuchtungsstrahlung 115 von Falschlicht einer hiervon abweichenden Wellenlänge trennt. Sofern der erste Facettenspiegel 119 in einer Ebene der Beleuchtungsoptik 103 angeordnet ist, die zur Objektebene 105 als Feldebene optisch konjugiert ist, wird dieser auch als Feldfacettenspiegel bezeichnet. Der erste Facettenspiegel 119 umfasst eine Vielzahl von einzelnen ersten Facetten 120, welche im Folgenden auch als Feldfacetten bezeichnet werden. Von diesen Facetten 120 sind in der 1 nur beispielhaft einige dargestellt.
Die ersten Facetten 120 können als makroskopische Facetten ausgeführt sein, insbesondere als rechteckige Facetten oder als Facetten mit bogenförmiger oder teilkreisförmiger Randkontur. Die ersten Facetten 120 können als plane Facetten oder alternativ als konvex oder konkav gekrümmte Facetten ausgeführt sein.
Wie beispielsweise aus der DE 10 2008 009 600 A1 bekannt ist, können die ersten Facetten 120 selbst jeweils auch aus einer Vielzahl von Einzelspiegeln, insbesondere einer Vielzahl von Mikrospiegeln, zusammengesetzt sein. Der erste Facettenspiegel 119 kann insbesondere als mikroelektromechanisches System (MEMS-System) ausgebildet sein. Für Details wird auf die DE 10 2008 009 600 A1 verwiesen.
Zwischen dem Kollektor 116 und dem Umlenkspiegel 118 verläuft die Beleuchtungsstrahlung 115 horizontal, also längs der y-Richtung.
Im Strahlengang der Beleuchtungsoptik 103 ist dem ersten Facettenspiegel 119 nachgeordnet ein zweiter Facettenspiegel 121. Sofern der zweite Facettenspiegel 121 in einer Pupillenebene der Beleuchtungsoptik 103 angeordnet ist, wird dieser auch als Pupillenfacettenspiegel bezeichnet. Der zweite Facettenspiegel 121 kann auch beabstandet zu einer Pupillenebene der Beleuchtungsoptik 103 angeordnet sein. In diesem Fall wird die Kombination aus dem ersten Facettenspiegel 119 und dem zweiten Facettenspiegel 121 auch als spekularer Reflektor bezeichnet. Spekulare Reflektoren sind bekannt aus der US 2006/0132747 A1 , der EP 1 614 008 B1 und der US 6,573,978 .
Der zweite Facettenspiegel 121 umfasst eine Mehrzahl von zweiten Facetten 122. Die zweiten Facetten 122 werden im Falle eines Pupillenfacettenspiegels auch als Pupillenfacetten bezeichnet.
Bei den zweiten Facetten 122 kann es sich ebenfalls um makroskopische Facetten, die beispielsweise rund, rechteckig oder auch hexagonal berandet sein können, oder alternativ um aus Mikrospiegeln zusammengesetzte Facetten handeln. Diesbezüglich wird ebenfalls auf die DE 10 2008 009 600 A1 verwiesen.
Die zweiten Facetten 122 können plane oder alternativ konvex oder konkav gekrümmte Reflexionsflächen aufweisen.
Die Beleuchtungsoptik 103 bildet somit ein doppelt facettiertes System. Dieses grundlegende Prinzip wird auch als Fliegenaugeintegrator („Fly's Eye Integrator“) bezeichnet.
Es kann vorteilhaft sein, den zweiten Facettenspiegel 121 nicht exakt in einer Ebene, welche zu einer Pupillenebene der Projektionsoptik 109 optisch konjugiert ist, anzuordnen.
Mit Hilfe des zweiten Facettenspiegels 121 werden die einzelnen ersten Facetten 120 in das Objektfeld 104 abgebildet. Der zweite Facettenspiegel 121 ist der letzte bündelformende oder auch tatsächlich der letzte Spiegel für die Beleuchtungsstrahlung 115 im Strahlengang vor dem Objektfeld 104.
Bei einer weiteren, nicht dargestellten Ausführung der Beleuchtungsoptik 103 kann im Strahlengang zwischen dem zweiten Facettenspiegel 121 und dem Objektfeld 104 eine Übertragungsoptik angeordnet sein, die insbesondere zur Abbildung der ersten Facetten 120 in das Objektfeld 104 beiträgt. Die Übertragungsoptik kann genau einen Spiegel, alternativ aber auch zwei oder mehr Spiegel aufweisen, welche hintereinander im Strahlengang der Beleuchtungsoptik 103 angeordnet sind. Die Übertragungsoptik kann insbesondere einen oder zwei Spiegel für senkrechten Einfall (NI-Spiegel, „Normal Incidence“-Spiegel) und/oder einen oder zwei Spiegel für streifenden Einfall (Gl-Spiegel, „Gracing Incidence“-Spiegel) umfassen.
Die Beleuchtungsoptik 103 hat bei der Ausführung, die in der 1 gezeigt ist, nach dem Kollektor 116 genau drei Spiegel, nämlich den Umlenkspiegel 118, den Feldfacettenspiegel 119 und den Pupillenfacettenspiegel 121.
Bei einer weiteren Ausführung der Beleuchtungsoptik 103 kann der Umlenkspiegel 118 auch entfallen, so dass die Beleuchtungsoptik 103 nach dem Kollektor 116 dann genau zwei Spiegel aufweisen kann, nämlich den ersten Facettenspiegel 119 und den zweiten Facettenspiegel 121.
Die Abbildung der ersten Facetten 120 mittels der zweiten Facetten 122 beziehungsweise mit den zweiten Facetten 122 und einer Übertragungsoptik in die Objektebene 105 ist regelmäßig nur eine näherungsweise Abbildung.
Die Projektionsoptik 109 umfasst eine Mehrzahl von Spiegeln Mi, welche gemäß ihrer Anordnung im Strahlengang der EUV-Projektionsbelichtungsanlage 100 durchnummeriert sind.
Bei dem in der 1 dargestellten Beispiel umfasst die Projektionsoptik 109 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 115. Bei der Projektionsoptik 109 handelt es sich um eine doppelt obskurierte Optik. Die Projektionsoptik 109 hat eine bildseitige numerische Apertur, die größer ist als 0,5 und die auch größer sein kann als 0,6 und die beispielsweise 0,7 oder 0,75 betragen kann.
Reflexionsflächen der Spiegel Mi können als Freiformflächen ohne Rotationssymmetrieachse ausgeführt sein. Alternativ können die Reflexionsflächen der Spiegel Mi als asphärische Flächen mit genau einer Rotationssymmetrieachse der Reflexionsflächenform gestaltet sein. Die Spiegel Mi können, genauso wie die Spiegel der Beleuchtungsoptik 103, hoch reflektierende Beschichtungen für die Beleuchtungsstrahlung 115 aufweisen. Diese Beschichtungen können als Multilayer-Beschichtungen, insbesondere mit alternierenden Lagen aus Molybdän und Silizium, gestaltet sein.
Die Projektionsoptik 109 hat einen großen Objekt-Bildversatz in der y-Richtung zwischen einer y-Koordinate eines Zentrums des Objektfeldes 104 und einer y-Koordinate des Zentrums des Bildfeldes 110. Dieser Objekt-Bild-Versatz in der y-Richtung kann in etwa so groß sein wie ein z-Abstand zwischen der Objektebene 105 und der Bildebene 111.
Die Projektionsoptik 109 kann insbesondere anamorphotisch ausgebildet sein. Sie weist insbesondere unterschiedliche Abbildungsmaßstäbe βx, βy in x- und y-Richtung auf. Die beiden Abbildungsmaßstäbe βx, βy der Projektionsoptik 109 liegen bevorzugt bei (βx, βy) = (+/- 0,25, +/- 0,125). Ein positiver Abbildungsmaßstab β bedeutet eine Abbildung ohne Bildumkehr. Ein negatives Vorzeichen für den Abbildungsmaßstab β bedeutet eine Abbildung mit Bildumkehr.
Die Projektionsoptik 109 führt somit in x-Richtung, das heißt in Richtung senkrecht zur Scanrichtung, zu einer Verkleinerung im Verhältnis 4:1.
Die Projektionsoptik 109 führt in y-Richtung, das heißt in Scanrichtung, zu einer Verkleinerung von 8:1.
Andere Abbildungsmaßstäbe sind ebenso möglich. Auch vorzeichengleiche und absolut gleiche Abbildungsmaßstäbe in x- und y-Richtung, zum Beispiel mit Absolutwerten von 0,125 oder von 0,25, sind möglich.
Die Anzahl von Zwischenbildebenen in der x- und in der y-Richtung im Strahlengang zwischen dem Objektfeld 104 und dem Bildfeld 110 kann gleich sein oder kann, je nach Ausführung der Projektionsoptik 109, unterschiedlich sein. Beispiele für Projektionsoptiken mit unterschiedlichen Anzahlen derartiger Zwischenbilder in x- und y-Richtung sind bekannt aus der US 2018/0074303 A1 .
Jeweils eine der Pupillenfacetten 122 ist genau einer der Feldfacetten 120 zur Ausbildung jeweils eines Beleuchtungskanals zur Ausleuchtung des Objektfeldes 104 zugeordnet. Es kann sich hierdurch insbesondere eine Beleuchtung nach dem Köhlerschen Prinzip ergeben. Das Fernfeld wird mit Hilfe der Feldfacetten 120 in eine Vielzahl an Objektfeldern 104 zerlegt. Die Feldfacetten 120 erzeugen eine Mehrzahl von Bildern des Zwischenfokus auf den diesen jeweils zugeordneten Pupillenfacetten 122.
Die Feldfacetten 120 werden jeweils von einer zugeordneten Pupillenfacette 122 einander überlagernd zur Ausleuchtung des Objektfeldes 104 auf das Retikel 106 abgebildet. Die Ausleuchtung des Objektfeldes 104 ist insbesondere möglichst homogen. Sie weist vorzugsweise einen Uniformitätsfehler von weniger als 2% auf. Die Felduniformität kann über die Überlagerung unterschiedlicher Beleuchtungskanäle erreicht werden.
Durch eine Anordnung der Pupillenfacetten kann geometrisch die Ausleuchtung der Eintrittspupille der Projektionsoptik 109 definiert werden. Durch Auswahl der Beleuchtungskanäle, insbesondere der Teilmenge der Pupillenfacetten, die Licht führen, kann die Intensitätsverteilung in der Eintrittspupille der Projektionsoptik 109 eingestellt werden. Diese Intensitätsverteilung wird auch als Beleuchtungssetting bezeichnet.
Eine ebenfalls bevorzugte Pupillenuniformität im Bereich definiert ausgeleuchteter Abschnitte einer Beleuchtungspupille der Beleuchtungsoptik 103 kann durch eine Umverteilung der Beleuchtungskanäle erreicht werden.
Im Folgenden werden weitere Aspekte und Details der Ausleuchtung des Objektfeldes 104 sowie insbesondere der Eintrittspupille der Projektionsoptik 109 beschrieben.
Die Projektionsoptik 109 kann insbesondere eine homozentrische Eintrittspupille aufweisen. Diese kann zugänglich sein. Sie kann auch unzugänglich sein.
Die Eintrittspupille der Projektionsoptik 109 lässt sich regelmäßig mit dem Pupillenfacettenspiegel 121 nicht exakt ausleuchten. Bei einer Abbildung der Projektionsoptik 109, welche das Zentrum des Pupillenfacettenspiegels 121 telezentrisch auf den Wafer 112 abbildet, schneiden sich die Aperturstrahlen oftmals nicht in einem einzigen Punkt. Es lässt sich jedoch eine Fläche finden, in welcher der paarweise bestimmte Abstand der Aperturstrahlen minimal wird. Diese Fläche stellt die Eintrittspupille oder eine zu ihr konjugierte Fläche im Ortsraum dar. Insbesondere zeigt diese Fläche eine endliche Krümmung.
Es kann sein, dass die Projektionsoptik 109 unterschiedliche Lagen der Eintrittspupille für den tangentialen und für den sagittalen Strahlengang aufweist. In diesem Fall sollte ein abbildendes Element, insbesondere ein optisches Bauelement der Übertragungsoptik, zwischen dem zweiten Facettenspiegel 121 und dem Retikel 106 bereitgestellt werden. Mit Hilfe dieses optischen Bauelements kann die unterschiedliche Lage der tangentialen Eintrittspupille und der sagittalen Eintrittspupille berücksichtigt werden.
Bei der in der 1 dargestellten Anordnung der Komponenten der Beleuchtungsoptik 103 ist der Pupillenfacettenspiegel 121 in einer zur Eintrittspupille der Projektionsoptik 109 konjugierten Fläche angeordnet. Der erste Feldfacettenspiegel 119 ist verkippt zur Objektebene 105 angeordnet. Der erste Facettenspiegel 119 ist verkippt zu einer Anordnungsebene angeordnet, die vom Umlenkspiegel 118 definiert ist.
Der erste Facettenspiegel 119 ist verkippt zu einer Anordnungsebene angeordnet, die vom zweiten Facettenspiegel 121 definiert ist.
In 2 ist eine beispielhafte DUV-Projektionsbelichtungsanlage 200 dargestellt. Die DUV-Projektionsbelichtungsanlage 200 weist ein Beleuchtungssystem 201, eine Retikelstage 202 genannten Einrichtung zur Aufnahme und exakten Positionierung eines Retikels 203, durch welches die späteren Strukturen auf einem Wafer 204 bestimmt werden, einen Waferhalter 205 zur Halterung, Bewegung und exakten Positionierung des Wafers 204 und eine Abbildungseinrichtung, nämlich eine Projektionsoptik 206, mit mehreren optischen Elementen, insbesondere Linsen 207, die über Fassungen 208 in einem Objektivgehäuse 209 der Projektionsoptik 206 gehalten sind, auf.
Alternativ oder ergänzend zu den dargestellten Linsen 207 können diverse refraktive, diffraktive und/oder reflexive optische Elemente, unter anderem auch Spiegel, Prismen, Abschlussplatten und dergleichen, vorgesehen sein.
Das grundsätzliche Funktionsprinzip der DUV-Projektionsbelichtungsanlage 200 sieht vor, dass die in das Retikel 203 eingebrachten Strukturen auf den Wafer 204 abgebildet werden.
Das Beleuchtungssystem 201 stellt einen für die Abbildung des Retikels 203 auf den Wafer 204 benötigten Projektionsstrahl 210 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 201 über optische Elemente so geformt, dass der Projektionsstrahl 210 beim Auftreffen auf das Retikel 203 die gewünschten Eigenschaften hinsichtlich Durchmesser, Polarisation, Form der Wellenfront und dergleichen aufweist.
Mittels des Projektionsstrahls 210 wird ein Bild des Retikels 203 erzeugt und von der Projektionsoptik 206 entsprechend verkleinert auf den Wafer 204 übertragen. Dabei können das Retikel 203 und der Wafer 204 synchron verfahren werden, so dass praktisch kontinuierlich während eines sogenannten Scanvorganges Bereiche des Retikels 203 auf entsprechende Bereiche des Wafers 204 abgebildet werden.
Optional kann ein Luftspalt zwischen der letzten Linse 207 und dem Wafer 204 durch ein flüssiges Medium ersetzt sein, welches einen Brechungsindex größer 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, 200, insbesondere auch nicht mit dem beschriebenen Aufbau, beschränkt. Die Erfindung eignet sich für beliebige Lithografiesysteme bzw. Mikrolithografiesysteme, insbesondere jedoch für Projektionsbelichtungsanlagen, mit dem beschriebenen Aufbau. Die Erfindung eignet sich auch für EUV-Projektionsbelichtungsanlagen, welche eine geringere bildseitige numerische Apertur als jene, die im Zusammenhang mit 1 beschrieben ist, sowie keinen obskurierten Spiegel M5 und/oder M6 aufweisen. Insbesondere eignet sich die Erfindung auch für EUV-Projektionsbelichtungsanlagen, welche eine bildseitige numerische Apertur von 0,25 bis 0,5, vorzugsweise 0,3 bis 0,4, besonders bevorzug 0,33, aufweisen. Die Erfindung sowie die nachfolgenden Ausführungsbeispiele sind ferner nicht auf eine spezifische Bauform beschränkt zu verstehen.
Die nachfolgenden Figuren stellen die Erfindung lediglich beispielhaft und stark schematisiert dar.
Die 3 bis 5 zeigen ein Bauelement 1 für die Halbleiterlithografie, insbesondere zur Verwendung bei Lithografiesystemen, insbesondere bei Projektionsbelichtungsanlagen, vorzugsweise derart, wie diese in den 1 und 2 dargestellt sind.
In dem Ausführungsbeispiel ist das Bauelement 1 als Gelenkkörper, beispielsweise als Festkörpergelenk, für einen in 3 exemplarisch dargestellten Sensor 2 oder für eine Optik (in 3 nicht dargestellt), insbesondere ein optisches Element, vorzugsweise eine Linse oder einen Spiegel, ausgebildet.
Bei dem Sensor 2 kann es sich vorzugsweise um einen optischen Sensorkopf handeln. Bei der Optik kann es sich vorzugsweise um eine Optik einer Projektionsbelichtungsanlage, insbesondere eine Optik 103, 109, 206 einer in den 1 und 2 prinzipmäßig dargestellten Projektionsbelichtungsanlage 100, 200 handeln. Insbesondere kann es sich dabei um einen Gelenkkörper 1 für eines der optischen Elemente 116, 118, 119, 120, 121, 122, Mi, 207 einer Projektionsbelichtungsanlage 100, 200, vorzugsweise derart, wie diese in den 1 und 2 dargestellt ist, handeln. Der Gelenkkörper 1 kann dabei auch als Gelenkkörper für einen Aktuator ausgebildet sein.
Die 3 zeigt exemplarisch zwei Gelenkkörper 1, die gemeinsam einem Sensor 2 zugeordnet sind bzw. eine Verbindung zwischen dem Sensor 2 und einer festen Umgebung bzw. einer festen Tragstruktur herstellen.
Im Rahmen der Erfindung kann vorgesehen sein, dass mehrere Gelenkkörper 1 gemeinsam eine Gelenkeinrichtung 3 ausbilden, um eine bewegliche Verbindung zwischen dem Sensor 2 oder einer Optik bzw. einem optischen Element und der Umgebung bzw. einer festen Tragstruktur herzustellen.
In nicht dargestellter Weise kann das Bauelement 1 auch als Fassung für eine Optik, insbesondere als Fassung für einen Spiegel oder als Fassung für eine Linse eines Lithografiesystems zur Herstellung von Halbleitern, ausgebildet sein, insbesondere kann das Bauelement 1 als Fassung für eines der optischen Elemente 116, 118, 119, 120, 121, 122, Mi, 207 einer der Projektionsbelichtungsanlagen 100, 200 gemäß 1 oder 2 ausgebildet sein.
In nicht dargestellter Weise kann das Bauelement 1 auch als Aktuator zur Verstellung einer Optik, insbesondere als Aktuator zur Verstellung eines Spiegels oder einer Linse eines Lithografiesystems, insbesondere eines der optischen Elemente 116, 118, 119, 120, 121, 122, Mi, 207 einer der Projektionsbelichtungsanlagen 100, 200 gemäß 1 oder 2 ausgebildet sein.
Im Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der Gelenkkörper 1 zunächst durch ein formgebendes Fertigungsverfahren aus Metall ausgebildet wird und das formgebende Fertigungsverfahren Drahterodieren ist.
Im Ausführungsverfahren ist ferner vorgesehen, dass das Bauelement aus Molybdän, vorzugsweise aus einer Molybdänlegierung, insbesondere aus einer Molybdänbasislegierung, ausgebildet ist.
Bedingt durch das formgebende Fertigungsverfahren (Drahterodieren) weist eine Oberfläche 5 des Gelenkkörpers 1 Mikrorisse 6 auf. Möglich ist es zudem, dass die Oberfläche 5 auch weitere Defekte, wie z. B. Unebenheiten, aufweist und Verspannungen im Gefüge der Oberfläche und dem oberflächennahen Bereich vorhanden sind.
Ein derart hergestellter Gelenkkörper 1 ist beispielhaft in 4 dargestellt.
Nach Abschluss des Drahterodierens ist vorgesehen, dass wenigstens ein Abschnitt 4 des Gelenkkörpers 1 durch eine präzise elektrochemische Metallbearbeitung (PECM) derart bearbeitet wird, dass eine Oberfläche 5 des Abschnitts 4 im Wesentlichen frei von Mikrorissen 6 ist.
Hierzu ist im Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass in dem Abschnitt 4 0,1 µm bis 100 µm, vorzugsweise 0,2 µm bis 20 µm, der Oberfläche 5 abgetragen werden.
In 5 ist ein Gelenkkörper 1 nach Durchführung der präzisen elektrochemischen Metallbearbeitung dargestellt.
Wie sich der 5 entnehmen lässt, ist die Oberfläche 5 in den Abschnitten 4 durch die präzise elektrochemische Metallbearbeitung (PECM) frei von Mikrorissen 6. Es sind allerdings noch Mikrorisse 6 in anderen Bereichen des Gelenkkörpers 1 vorhanden. Im Ausführungsbeispiel ist exemplarisch lediglich vorgesehen, dass die Abschnitte 4 des Gelenkkörpers 1, die den höchsten mechanischen Belastungen, sowohl statisch als auch dynamisch, ausgesetzt sind durch eine präzise elektrochemische Metallbearbeitung (PECM) bearbeitet sind. Es handelt sich dabei auch um die Abschnitte 4, die besonders relevant für die Positionsstabilität sind.
Im Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die präzise elektrochemische Metallbearbeitung (PECM) derart durchgeführt wird, dass der Gelenkkörper 1 für einen Sensor zur Verwendung in der Halbleiterlithografie eine Oberflächengüte derart aufweist, dass bei der Verwendung des Gelenkkörpers 1 eine Positionsdrift weniger als 10 pm/min, vorzugsweise weniger als 5 pm/min, insbesondere weniger als 1 pm/min, beträgt.
Im Ausführungsbeispiel nach 3 weisen die Gelenkkörper 1 vorzugsweise jeweils einen Abschnitt 4 auf.
In den Ausführungsbeispielen nach den 4 und 5 weist der Gelenkkörper 1 vorzugsweise zwei Abschnitte 4 auf.
Im Ausführungsbeispiel kann auch vorgesehen sein, dass der Gelenkkörper 1 insgesamt und nicht nur an wenigstens einem Abschnitt 4 derart bearbeitet wird, dass eine Oberfläche 5 des Gelenkkörpers 1 durch die präzise elektrochemische Metallbearbeitung (PECM) im Wesentlichen frei von Mikrorissen 6 ist.
In der 6 ist prinzipmäßig eine präzise elektrochemische Metallbearbeitung (PECM) basierend auf dem Prinzip der Elektrolyse dargestellt. Bei der präzisen elektrochemischen Metallbearbeitung (PECM), die auch als „Pulsed Electrochemical Machining“ bezeichnet wird, handelt es sich um ein berührungsloses, präzises und spannungsarmes Verfahren für die spanlose Bearbeitung von Metallelementen. Die präzise elektrochemische Metallbearbeitung (PECM) beruht auf dem Prinzip der Elektrolyse. Bei der präzisen elektrochemischen Metallbearbeitung (PECM) wird durch zwei Elektroden, nämlich eine Anode 7 und eine Kathode 8, ein von einer Stromquelle 9 erzeugter, gepulster elektrischer Gleichstrom in eine leitfähige Flüssigkeit 10 geleitet. Bei der leitfähigen Flüssigkeit 10 handelt es sich im Ausführungsbeispiel um eine Elektrolytlösung, beispielsweise eine NaCl- oder NaNO₃-Lösung. Das Werkzeug ist in der Regel die negativ gepolte Kathode 8. Das Werkstück (im Rahmen der Erfindung somit das Bauelement 1) wird hingegen positiv gepolt und entspricht somit der Anode 7. Der Zwischenraum von Werkzeug und Werkstück, der auch Arbeitsspalt genannt wird, wird mit der leitfähigen Flüssigkeit, im Ausführungsbeispiel der Elektrolytlösung 10, durchgespült.
Wenn durch eine Bewegung der Werkzeugachse Kathode 8 und Anode 7 enger zusammengeführt werden, werden kleinste ionisierte Teile aus dem Werkstück (Anode 7) anodisch herausgelöst und durch die Elektrolytlösung 10 aus dem Prozessbereich fortgespült. Während dieses Prozesses überträgt sich die Form des Werkzeugs (Kathode 8) umgekehrt auf das Werkstück durch gezielte Stromimpulse. Durch eine kontinuierlich oszillierende Kathode 8 und einem kleinen Arbeitsspalt kann eine hochpräzise Fertigung des Bauelements 1 realisiert werden insbesondere derart, dass in dem Abschnitt 4 vorzugsweise 0,2 µm bis 20 µm der Oberfläche 5 abgetragen werden.
Um die Oberfläche 5 des Abschnitts 4 im Wesentlichen frei von Mikrorissen 6 zu gestalten, hat sich die präzise elektrochemische Metallbearbeitung (PECM), basierend auf einer gepulsten Gleichspannung und einer oszillierenden Kathode 8, als besonders geeignet herausgestellt.
Bei der Stromquelle 9 handelt es sich im Ausführungsbeispiel um eine gepulste, frei parametrierbare Stromquelle.
Die Versorgung mit der Elektrolytlösung 10 wird im Ausführungsbeispiel durch eine mechanische Oszillationsbewegung optimiert.
Bezugszeichenliste

1: Bauelement, Gelenkkörper
2: Sensor
3: Gelenkeinrichtung
4: Abschnitt
5: Oberfläche
6: Mikrorisse
7: Anode, Werkstück
8: Kathode, Werkzeug
9: Stromquelle
10: leitfähige Flüssigkeit, Elektrolytlösung
100: EUV-Projektionsbelichtungsanlage
101: Beleuchtungssystem
102: Strahlungsquelle
103: Beleuchtungsoptik
104: Objektfeld
105: Objektebene
106: Retikel
107: Retikelhalter
108: Retikelverlagerungsantrieb
109: Projektionsoptik
110: Bildfeld
111: Bildebene
112: Wafer
113: Waferhalter
114: Waferverlagerungsantrieb
115: EUV- / Nutz- / Beleuchtungsstrahlung
116: Kollektor
117: Zwischenfokusebene
118: Umlenkspiegel
119: erster Facettenspiegel / Feldfacettenspiegel
120: erste Facetten / Feldfacetten
121: zweiter Facettenspiegel / Pupillenfacettenspiegel
122: zweite Facetten / Pupillenfacetten
200: DUV-Projektionsbelichtungsanlage
201: Beleuchtungssystem
202: Retikelstage
203: Retikel
204: Wafer
205: Waferhalter
206: Projektionsoptik
207: Linse
208: Fassung
209: Objektivgehäuse
210: Projektionsstrahl
Mi: Spiegel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008009600 A1 [0078, 0082]
US 20060132747 A1 [0080]
EP 1614008 B1 [0080]
US 6573978 [0080]
US 20180074303 A1 [0099]

Claims

Bauelement (1) für die Halbleiterlithografie, wobei das Bauelement (1) dadurch erhältlich ist, dass das Bauelement (1) zunächst durch ein formgebendes Fertigungsverfahren aus Metall ausgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das formgebende Fertigungsverfahren Drahterodieren ist und anschließend wenigstens ein Abschnitt (4) des Bauelements (1) durch eine präzise elektrochemische Metallbearbeitung (PECM) derart bearbeitet wird, dass eine Oberfläche (5) des Abschnitts (4) im Wesentlichen frei von Mikrorissen (6) ist.
Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement (1) aus Molybdän (Mo), Wolfram (W), Titan (Ti), Niob (Nb) oder Zirconium (Zr), vorzugsweise aus einer Molybdänlegierung, insbesondere einer Molybdänbasislegierung, oder einer Wolframlegierung, einer Titanlegierung, einer Nioblegierung oder einer Zirconiumlegierung ausgebildet ist.
Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das. Bauelement (1) aus einer hochfesten amagnetischen Legierung oder nicht-rostenden Stählen ausgebildet ist.
Bauelement nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch die präzise elektrochemische Metallbearbeitung (PECM) in dem Abschnitt (4) 0,1 bis 100 µm, insbesondere 0,2 bis 20 µm, der Oberfläche (5) abgetragen ist.
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement (1) ein Gelenkkörper ist.
Bauelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Gelenkkörper (1) als Gelenkkörper für einen Sensor (2) zur Verwendung in der Halbleiterlithografie ausgebildet ist.
Bauelement nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Gelenkkörper (1) eine Oberflächengüte derart aufweist, dass eine Positionsdrift weniger als 10 pm/min, vorzugsweise weniger als 1 pm/min beträgt.
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement (1) eine Fassung für eine Optik (103, 109, 206), insbesondere eine Fassung für einen Spiegel (116, 118, 119, 120, 121, 122, Mi) oder eine Linse (207) eines Lithografiesystems (100, 200) zur Herstellung von Halbleiter ist, oder dass das Bauelement (1) ein Aktuator zur Verstellung einer Optik (103, 109, 206), insbesondere ein Aktuator zur Verstellung eines Spiegels (116, 118, 119, 120, 121, 122, Mi) oder einer Linse (207) eines Lithografiesystems (100, 200) zur Herstellung von Halbleitern, ist.
Verfahren zum Herstellen eines Gelenkkörpers (1) für einen Sensor (2) eines Lithografiesystems (100, 200) zur Herstellung von Halbleitern, dadurch gekennzeichnet, dass der Gelenkkörper (1) durch Drahterodieren aus Molybdän, vorzugsweise einer Molybdänlegierung, insbesondere einer Molybdänbasislegierung, ausgebildet wird, wonach wenigstens ein Abschnitt (4) des Gelenkkörpers (1) durch eine präzise elektrochemische Metallbearbeitung (PECM) derart bearbeitet wird, dass in dem Abschnitt (4) 0,1 µm bis 100 µm, vorzugsweise 0,2 µm bis 20 µm, der Oberfläche (5) abgetragen werden.
Lithografiesystem, insbesondere Projektionsbelichtungsanlage (100, 200) für die Halbleiterlithografie, mit einem Beleuchtungssystem (101, 201) mit einer Strahlungsquelle (102) sowie einer Optik (103, 109, 206), welche wenigstens ein optisches Element (116, 118, 119, 120, 121, 122, Mi, 207) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein metallisches Bauelement (1) des Lithografiesystems - ein Bauelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ist und/oder - wenigstens teilweise unter Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 9 hergestellt ist.