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Die Erfindung betrifft für die Herstellung von MEMS-Spiegelarrays, wie sie bspw. in Anlagen für die Halbleitertechnologie verwendet werden, hilfreiche Vorrichtungen.
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Als Anlagen für die Halbleitertechnologie werden im Stand der Technik solche Anlagen bezeichnet, die zur Herstellung oder Überprüfung von mikrostrukturierten Bauelementen oder der dafür erforderlichen Komponenten genutzt werden. Ein Beispiel für eine solche Anlage ist eine Projektionsbelichtungsanlage für die Fotolithografie.
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Die Fotolithografie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie bspw. integrierter Schaltkreise angewendet. Die dabei verwendete Projektionsbelichtungsanlage umfasst ein Beleuchtungssystem und ein Projektionssystem. Das Bild einer durch das Beleuchtungssystem beleuchteten Maske (auch als Retikel bezeichnet) wird mittels des Projektionssystems auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht beschichtetes und in der Bildebene des Projektionssystems angeordnetes Substrat, beispielsweise einen Siliziumwafer verkleinernd projiziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen.
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In Beleuchtungssystemen, insbesondere von für den EUV-Bereich ausgelegten Projektionsbelichtungsanlagen, d. h. bei Wellenlängen der Belichtung von 5 nm bis 30 nm, werden in der Regel zwei Facettenspiegel im Strahlengang zwischen der eigentlichen Belichtungsstrahlungsquelle und der zu beleuchtenden Maske angeordnet, die grundsätzlich vergleichbar zum Prinzip eines Wabenkondensors eine Homogenisierung der Strahlung ermöglichen. Bei dem im Strahlengang der Belichtungsstrahlungsquelle näherliegenden Facettenspiegel handelt es sich häufig um einen sog. Feldfacettenspiegel, bei dem anderen um einen sog. Pupillenfacettenspiegel.
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Um verschiedene Intensitäts- und/oder Einfallswinkelverteilungen bei der Beleuchtung der Maske herstellen zu können, ist bekannt, die Facetten wenigstens eines der beiden Facettenspiegel - insbesondere diejenigen des Feldfacettenspiegels - aus einem oder mehreren elektromechanisch einzeln verschwenkbaren Mikrospiegeln zu bilden. Entsprechendes ist bspw. in
WO 2012/130768 A2 offenbart.
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Um eine geringe Größe der einzelnen Mikrospiegel erreichen zu können, ist es bekannt, Gruppen von Mikrospiegeln in Form eines sog. MEMS-Spiegelarrays, nämlich einem Spiegelarray aus mikroelektromechanischen Systemen (MEMS), auszubilden.
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Bei einem MEMS-Spiegelarray ist eine Vielzahl kleiner Spiegelelemente jeweils individuell bewegbar gegenüber einer gemeinsamen Basis gelagert. Für jedes Spiegelelement ist wenigstens ein Aktuator vorgesehen, mit dem sich das Spiegelelement entlang eines jeweils vorgegebenen Freiheitsgrades verstellen lässt. Häufig sind die Spiegelelemente um zwei senkrecht zueinander und parallel zu Basis verlaufenden Achsen verschwenkbar, wobei dann auch ausreichend Aktoren vorgesehen sind, um das Spiegelelement um eben diese Achsen unabhängig voneinander verschwenken zu können. Für die einzelnen Spiegelelemente können auch Sensoren vorgesehen sein, mit denen sich die Position bzw. die Verkippung des Spiegelelementes gegenüber der Basis ermitteln lässt, um so die Ausrichtung der Spiegel überwachen zu können. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform für die Spiegel eines MEMS-Spiegelarrays sind in
DE 10 2015 204 874 A1 beschrieben.
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Verfahren zur Herstellung eines Mikrospiegels bzw. eines MEMS-Spiegelarrays umfassend eine Mehrzahl solcher Mikrospiegel ist - zusammen mit weiteren Details zu einer möglichen Ausgestaltung des Mikrospiegels - in
DE 10 2015 220 018 A1 offenbart.
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Bei der Herstellung von MEMS-Spiegelarrays kann es erforderlich sein, die Spiegelflächen der einzelnen Spiegelelemente mit großflächig wirkenden Methoden zu bearbeiten, um bspw. eine Beschichtung aufzubringen oder eine von einem vorherigen Herstellungsschritt verbliebene Schicht abzutragen. Entsprechende Methoden können dabei in einem Stadium des Herstellungsverfahrens durchzuführen sein, bei dem die Spiegelelemente nicht mehr fixiert, sondern vielmehr bereits bewegbar sind bzw. die für diese Bewegbarkeit erforderliche Mechanik vollständig fertiggestellt ist.
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Bei entsprechend großflächig wirkenden Methoden besteht in einem entsprechend späten Stadium der Herstellung von MEMS-Spiegelarrays die Gefahr, dass die dabei verwendeten Stoffe, bspw. Beschichtungsmaterial oder Ätzstoffe in den Zwischenraum zwischen den einzelnen Spiegelelementen eindringen und die hinter den Spiegelelementen liegenden Komponenten beeinträchtigen können. So kann in diese Bereiche eindringendes Beschichtungsmaterial die Bewegbarkeit eines Spiegelelements reduzieren und/oder elektrische Kurzschlüsse verursachen; eindringende Ätzstoffe können die Struktur ungewollt schwächen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Vorrichtungen zu schaffen, mit der die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme vermieden oder zumindest um ein erhebliches Maß reduziert werden können.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Demnach betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum zeitweisen Schutz der Zwischenräume von MEMS-Spiegelarrays, insbesondere für Anlagen für die Halbleitertechnologie, mit einer vorgegebenen Anzahl einzelner um wenigstens einen Freiheitsgrad gegenüber einer gemeinsamen Grundstruktur verstellbarer Spiegelelemente während großflächiger Bearbeitung der Spiegelelemente, wobei unmittelbar unterhalb jedes Spiegelelementes jeweils eine für die Verstellung erforderliche aktuierbare Mechanik angeordnet ist und wobei zeitweise wenigstens ein Dichtungselement so angeordnet ist, dass der wenigstens eine Unterbauraum umfassend die aktuierbaren Mechaniken von einem Bearbeitungsraum umfassend die Spiegelflächen der Spiegelelemente dichtend abgetrennt ist.
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Zunächst werden einige in Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung verwendeter Begriffe erläutert.
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Mit „Spiegelflächen“ sind diejenigen Flächen eines Spiegelelements bezeichnet, die nach Fertigstellung des Spiegelelementes bzw. des MEMS-Spiegelarrays diejenige reflektierende Fläche bilden, die bei der Verwendung des MEMS-Spiegelarrays produktiv genutzt wird. Die Spiegelfläche muss insbesondere zum Zeitpunkt der Verwendung der Erfindung bei der Herstellung eines MEMS-Spiegelarrays noch keine reflektierenden Eigenschaften aufweisen. Vielmehr ist es möglich, die Spiegelfläche bspw. auch unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung erst mit einer reflektierenden Beschichtung zu versehen.
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Mit „aktuierbarer Mechanik“ sind diejenigen Komponenten gemeint, die eine Bewegung von Spiegelelementen in vorgegebenen Freiheitsgraden (z.B. eine Verkippung) ermöglichen und diese Bewegung auch bewirken können. Entsprechende Mechaniken umfassen daher neben den für die Bewegbarkeit grundsätzlich erforderlichen Gelenken, Führungen und/oder Halterungen auch Aktuatoren, mit denen eine gewünschte Bewegung erzeugt werden kann. Es können weiterhin Sensoren vorgesehen sein, mit den die aktuelle Position bzw. die aktuelle Verkippung eines Spiegelelementes ermittelt werden kann.
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Indem mithilfe des erfindungsgemäß vorgesehenen wenigstens einen Dichtungselementes ein oder mehrere Unterbauräume geschaffen werden, in denen zumindest die aktuierbaren Mechaniken der einzelnen Spiegelelemente angeordnet sind und die von dem Bearbeitungsraum, in dem die Spiegelflächen der Spiegelelemente angeordnet sind, können die Spiegelflächen bearbeitet werden, ohne dass es dabei zu negativen Auswirkungen auf die aktuierbaren Mechaniken käme. Dabei kann sowohl eine Beschichtung der Spiegelflächen als auch eine Bearbeitung der Spiegelflächen mit Ätzstoffen erfolgen: Durch das wenigstens eine Dichtungselement wird vermieden, dass die bei der Bearbeitung eingesetzten Stoffe in den wenigstens einen Unterbauraum eindringen und dort unerwünschte Effekte hervorrufen könnten.
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Je nach konkreter Ausgestaltung des wenigstens einen Dichtungselementes kann auch noch der zusätzliche Vorteil einer Transportsicherung erreicht werden. Die aktuierbaren Mechaniken eines MEMS-Spiegelarrays sind sehr schockempfindlich und können durch externe Stöße o. Ä., wie sie beim Transport eines MEMS-Spiegelarrays auftreten können, beschädigt werden. Die Beschädigung resultiert dabei in erster Linie aus den durch die Stöße ausgelösten Bewegungen der Spiegelelemente. Durch das wenigstens eine Dichtungselement können die Bewegungen der Spiegelelemente in Folge von Stößen unterbunden oder zumindest deutlich reduziert werden, womit auch das Risiko der Beschädigung der aktuierbaren Mechaniken während des Transportes sinkt.
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Wenigstens ein Dichtungselement kann derart zwischen den Spiegelelementen angeordnet sein, dass der dadurch abgetrennte Unterbauraum die aktuierbaren Mechaniken einer Mehrzahl von Spiegelelementen umfasst. Das wenigstens eine Dichtungselement kann dazu zwischen den Stirnseiten und damit zwischen nicht zu bearbeitenden Spiegelflächen benachbarter Spiegelelemente angeordnet sein. Es ist möglich und sogar bevorzugt, wenn durch wenigstens ein Dichtungselement ein Unterbauraum vom Bearbeitungsraum abgetrennt wird, der die aktuierbaren Mechaniken sämtlicher Spiegelelemente umfasst. Die Abdichtung kann dabei auch durch ein einzelnes gitterartig ausgestaltetes Dichtungselement, welches sich über das gesamte MEMS-Spiegelarray erstreckt, erreicht werden.
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Es ist auch möglich, dass bei wenigstens einem Spiegelelement ein Dichtungselement zwischen dem Spiegelelement und der Grundstruktur derart angeordnet ist, dass der so geschaffene abgeschlossene Unterbauraum die aktuierbare Mechanik des Spiegelelementes umfasst. Der durch ein solches Dichtungselement abgetrennte Unterbauraum umfasst dabei ausschließlich die aktuierbare Mechanik desjenigen Spiegelelementes, an welchem das Dichtungselement angeordnet ist. Regelmäßig werden bei einer solchen Ausführung sämtliche Spiegelelemente mit einem entsprechenden Dichtungselement auszustatten sein.
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Bei dem Dichtungselement kann es sich um ein irreversibel entfernbares Dichtungselement handeln. In anderen Worten lässt sich das Dichtungselement nach dem Entfernen nicht oder nicht mit vertretbarem Aufwand wieder erneut anbringen. Das gilt auch für eine evtl. Neuherstellung des Dichtungselementes an Ort und Stelle.
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Bei einem irreversibel entfernbaren Dichtungselement kann es sich um eine sich zwischen zwei Spiegelelementen oder zwischen einem Spiegelelement und der Grundstruktur spannende Materialbrücke handeln, die zur Entfernung des Dichtungselementes wenigstens teilweise zu entfernen oder zu zerstören ist. Die Materialbrücke ist bevorzugt aus einem Material, welches den vorgesehen Bearbeitungsprozess der Spiegelfläche nicht negativ beeinträchtigt und nach dem Bearbeitungsprozess auch zuverlässig entfernt werden kann. Regelmäßig ist dabei sicherzustellen, dass bei dem Material des Dichtungselementes keine Ausgasung auftritt, insbesondere wenn im Bearbeitungsraum wenigstens zeitweise ein Vakuum und/oder eine erhöhte Temperatur bis ca. 200°C herrscht. Bei dem Material für die Materialbrücke kann es sich um ein aus der Halbleiterherstellung bekanntes Material wie Silizium oder Siliziumoxid, alternativ auch um ein Metall handeln. Entsprechende Materialien weisen regelmäßig geeignete Eigenschaften auch im Hinblick auf typische Bearbeitungsprozesse der Spiegelfläche auf. Außerdem sind Verfahren bekannt, mit denen sich das Material des Dichtungselementes mit erforderlicher Präzision entfernen lässt, ohne die Spiegelelemente und die dann bearbeiteten Spiegelflächen zu beschädigen.
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Wenigstens ein Dichtungselement kann auch aus einem Material sein, welches sich unter Bestrahlung mit einer vorgegebenen Wellenlänge zusammenzieht. Deckt ein entsprechendes Material einen Spalt zwischen zwei Spiegelelementen oder einen Spalt zwischen Spiegelelement und Grundstruktur ab, kann durch geeignete Bestrahlung das Material derart reduziert werden, dass sich ein offener Spalt ergibt, der eine Bewegung der Spiegelelemente ermöglicht. Das Material kann dabei mit einem benachbarten Element bei den exemplarisch genannten Ausführungsbeispielen, also bspw. einem der Spiegelelemente oder der Grundstruktur, dauerhaft verbunden bleiben. Es ist aber auch möglich, dass das Dichtungselement nach vollständigem Zusammenziehen des Materials von dem MEMS-Spiegelarray entfernt wird.
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Es ist auch möglich, dass wenigstens ein Dichtungselement ein reversibel abdichtendes Dichtungselement ist, also ein Dichtungselement, welches sich reversibel so verändern lässt, dass es wahlweise abdichtend ist oder nicht. Das Dichtungselement kann auch als vollständig oder teilweise reversibel entfernbares Dichtungselement ausgebildet sein.
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Wenigstens ein Dichtungselement kann dazu als aufblasbares Element ausgebildet sein. Im aufgeblasenen Zustand kann das Dichtungselement dann bspw. an gegenüberliegenden Stirnseiten zweier benachbarter Spiegelelemente kraftschlüssig anliegen; um das Dichtungselement zu entfernen, ist geeignet Druck abzulassen, womit sich der Kraftschluss löst und das Dichtungselement entfernt werden kann. Ist ein entsprechendes Dichtungselement durch Zusammenfügen, bspw. Verschweißen oder Verkleben mehrerer Folien o.Ä. geschaffen, sind die Fügestellen vorzugsweise abseits der für den Kraftschluss vorgesehenen Bereiche angeordnet.
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Wenigstens ein Dichtungselement kann auch ein Piezo-Element umfassen, welches sich bei Veränderung der daran angelegten Spannung biegt oder verkürzt. So kann vorgesehen sein, dass sich das an einem Spiegelelement oder der Grundstruktur angeordnete Piezo-Element im spannungsfreien Fall bis zu einem (anderen) Spiegelelement erstreckt und dort anliegt. Wird dann eine geeignete Spannung angelegt, kann sich das Piezo-Element derart verformen, dass sich die Anlage an das (andere) Spiegelelement löst. In der Folge lassen sich die Spiegelelemente dann frei bewegen.
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Es ist auch möglich, dass wenigstens ein Dichtungselement ein Material mit inverser Temperaturausdehnung umfasst. Vergleichbar zu einem durch Bestrahlung mit einer vorgegebenen Wellenlänge zusammenziehenden Material kann eine entsprechende Dichtung durch gezielte Steuerung der Temperatur - hier allerdings reversibel - gelöst werden. Das Dichtungselement ist dabei bevorzugt so auszulegen, dass es sich bei Betriebstemperatur des MEMS-Spiegelarrays ausreichend zusammenzieht, dass die einzelnen Spiegelelemente in ihrer Bewegung frei sind. Ist eine Abdichtung gewünscht, ist die Temperatur geeignet zu reduzieren.
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Unabhängig davon, wie das wenigstens eine Dichtungselement ausgebildet ist, kann es bevorzugt sein, wenn am Spiegelelement ein umlaufender, sich in Richtung der Grundstruktur erstreckender Rahmen ausgebildet ist. Soll ein Dichtungselement unmittelbar zwischen zwei benachbarten Spiegelelementen wirken, wird dadurch die für das Dichtungselement zur Verfügung stehende Auflagefläche erhöht. Soll ein Dichtungselement zwischen Spiegelelement und Grundstruktur wirken, lässt sich der zu überbrückende Abstand durch einen entsprechenden Rahmen verkürzen.
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Es ist selbstverständlich auch möglich, dass wenigstens einen sich von der Grundstruktur in Richtung eines Spiegelelementes erstreckenden Rahmen anzuordnen. Auch durch einen solchen Rahmen lässt sich der sich der ggf. durch ein Dichtungselement zu überbrückende Abstand zwischen Spiegelelement und Grundstruktur reduzieren. Es ist auch möglich, Rahmen sowohl an der Grundstruktur als auch am Spiegelelement vorzusehen.
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Die Erfindung wird nun anhand vorteilhafter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beispielhaft beschrieben. Es zeigen:
- 1: eine schematische Darstellung einer Projektionsbelichtungsanlage für die Fotolithografie umfassend MEMS-Spiegelarrays; und
- 2-9: schematische Darstellungen erfindungsgemäßen Vorrichtungen.
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In 1 ist eine Projektionsbelichtungsanlage 1 für die Fotolithografie als Beispiel für eine Anlage für die Halbleitertechnologie in einem schematischen Meridionalschnitt dargestellt. Die Projektionsbelichtungsanlage 1 umfasst dabei ein Beleuchtungssystem 10 und ein Projektionssystem 20.
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Mithilfe des Beleuchtungssystems 10 wird ein Objektfeld 11 in einer Objektebene bzw. Retikelebene 12 beleuchtet. Das Beleuchtungssystem 10 umfasst dazu eine Belichtungsstrahlungsquelle 13, die im dargestellten Ausführungsbeispiel Beleuchtungsstrahlung zumindest umfassend Nutzlicht im EUV-Bereich, also insbesondere mit einer Wellenlänge zwischen 5 nm und 30 nm, abgibt. Bei der Belichtungsstrahlungsquelle 13 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 Discharge Produced Plasma, mittels Gasentladung erzeugtes Plasma). Es kann sich auch um eine synchrotronbasierte Strahlungsquelle handeln. Bei der Belichtungsstrahlungsquelle 13 kann es sich auch um einen Freie-Elektronen-Laser (Free-Electron-Laser, FEL) handeln.
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Die von der Belichtungsstrahlungsquelle 13 ausgehende Beleuchtungsstrahlung wird zunächst in einem Kollektor 14 gebündelt. Bei dem Kollektor 14 kann es sich um einen Kollektor mit einer oder mit mehreren ellipsoidalen und/oder hyperboloiden Reflexionsflächen handeln. Die mindestens eine Reflexionsfläche des Kollektors 14 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 beaufschlagt werden. Der Kollektor 14 kann einerseits zur Optimierung seiner Reflexivität für die Nutzstrahlung und andererseits zur Unterdrückung von Falschlicht strukturiert und/oder beschichtet sein.
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Nach dem Kollektor 14 propagiert die Beleuchtungsstrahlung durch einen Zwischenfokus in einer Zwischenfokusebene 15. Sollte das Beleuchtungssystem 10 in modularer Bauweise aufgebaut werden, kann die Zwischenfokusebene 15 grundsätzlich für die - auch strukturelle - Trennung des Beleuchtungssystems 10 in ein Strahlungsquellenmodul, aufweisend die Belichtungsstrahlungsquelle 13 und den Kollektor 14, und der nachfolgend beschriebenen Beleuchtungsoptik 16 herangezogen werden. Bei einer entsprechenden Trennung bilden Strahlungsquellenmodul und Beleuchtungsoptik 16 dann gemeinsam ein modular aufgebautes Beleuchtungssystem 10.
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Die Beleuchtungsoptik 16 umfasst einen Umlenkspiegel 17. Bei dem Umlenkspiegel 17 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 17 als Spektralfilter ausgeführt sein, der eine Nutzlichtwellenlänge der Beleuchtungsstrahlung von Falschlicht einer hiervon abweichenden Wellenlänge trennt.
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Mit dem Umlenkspiegel 17 wird die von der Belichtungsstrahlungsquelle 13 stammende Strahlung auf einen ersten Facettenspiegel 18 umgelenkt. Sofern der erste Facettenspiegel 18 dabei - wie vorliegend - in einer Ebene der Beleuchtungsoptik 16 angeordnet ist, die zur Retikelebene 12 als Feldebene optisch konjugiert ist, wird dieser auch als Feldfacettenspiegel bezeichnet.
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Der erste Facettenspiegel 18 umfasst eine Vielzahl von individuell um jeweils zwei senkrecht zueinander verlaufende Achsen verschwenkbaren Mikrospiegeln 18' zur steuerbaren Bildung von Facetten, die jeweils mit einem Orientierungssensor (nicht dargestellt) zur Ermittlung der Orientierung des Mikrospiegels 18' ausgestaltet sind. Bei dem ersten Facettenspiegel 18 handelt es sich somit um ein mikroelektromechanisches System (MEMS-System), wie es bspw. auch in der
DE 10 2008 009 600 A1 beschrieben ist.
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Im Strahlengang der Beleuchtungsoptik 16 ist dem ersten Facettenspiegel 18 nachgeordnet ein zweiter Facettenspiegel 19, sodass sich ein doppelt facettiertes System ergibt, dessen Grundprinzip auch als Wabenkondensor (Fly's Eye Integrator) bezeichnet wird. Sofern der zweite Facettenspiegel 19 - wie im dargestellten Ausführungsbeispiel - in einer Pupillenebene der Beleuchtungsoptik 16 angeordnet ist, wird dieser auch als Pupillenfacettenspiegel bezeichnet. Der zweite Facettenspiegel 19 kann aber auch beabstandet zu einer Pupillenebene der Beleuchtungsoptik 16 angeordnet sein, womit sich aus der Kombination aus dem ersten und dem zweiten Facettenspiegel 18, 19 ein spekularer Reflektor ergibt, wie er bspw. in der
US 2006/0132747 A1 , der
EP 1 614 008 B1 und der
US 6,573,978 beschrieben ist.
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Der zweite Facettenspiegel 19 muss grundsätzlich nicht aus verschwenkbaren Mikrospiegeln aufgebaut sein, sondern kann vielmehr einzelne aus einem oder einer überschaubaren Anzahl an im Verhältnis zu Mikrospiegeln deutlich größeren Spiegeln gebildete Facetten umfassen, die entweder feststehend oder nur zwischen zwei definierten Endpositionen verkippbar sind. Es ist aber - wie dargestellt - ebenso möglich, bei dem zweiten Facettenspiegel 19 ein mikroelektromechanisches System mit einer Vielzahl von individuell um jeweils zwei senkrecht zueinander verlaufende Achsen verschwenkbaren Mikrospiegeln 19', jeweils vorzugsweise umfassend einen Orientierungssensor vorzusehen.
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Mithilfe des zweiten Facettenspiegels 19 werden die einzelnen Facetten des ersten Facettenspiegels 18 in das Objektfeld 11 abgebildet, wobei es sich regelmäßig nur um eine näherungsweise Abbildung handelt. Der zweite Facettenspiegel 19 kann der letzte bündelformende oder auch tatsächlich der letzte Spiegel für die Beleuchtungsstrahlung im Strahlengang vor dem Objektfeld 11 sein.
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Jeweils eine der Facetten des zweiten Facettenspiegels 19 ist genau einer der Facetten des ersten Facettenspiegels 18 zur Ausbildung eines Beleuchtungskanals zur Ausleuchtung des Objektfeldes 11 zugeordnet. Es kann sich hierdurch insbesondere eine Beleuchtung nach dem köhlerschen Prinzip ergeben.
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Die Facetten des ersten Facettenspiegels 18 werden jeweils von einer zugeordneten Facette des zweiten Facettenspiegels 19 einander überlagernd zur Ausleuchtung des Objektfeldes 11 abgebildet. Die Ausleuchtung des Objektfeldes 11 ist dabei möglichst homogen. Sie weist vorzugsweise einen Uniformitätsfehler von weniger als 2 % auf. Die Felduniformität kann über die Überlagerung unterschiedlicher Beleuchtungskanäle erreicht werden.
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Durch Auswahl der letztendlich verwendeten Beleuchtungskanäle, was durch geeignete Einstellung der Mikrospiegel 18' des ersten Facettenspiegels 18 problemlos möglich ist, kann weiterhin die Intensitätsverteilung in der Eintrittspupille des nachfolgend beschriebenen Projektionssystems 20 eingestellt werden. Diese Intensitätsverteilung wird auch als Beleuchtungssetting bezeichnet. Dabei kann es im Übrigen vorteilhaft sein, den zweiten Facettenspiegel 19 nicht exakt in einer Ebene, welche zu einer Pupillenebene des Projektionssystems 20 optisch konjugiert ist, anzuordnen. Insbesondere kann der Pupillenfacettenspiegel 19 gegenüber einer Pupillenebene des Projektionssystems 20 verkippt angeordnet sein, wie es zum Beispiel in der
DE 10 2017 220 586 A1 beschrieben ist.
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Bei der in der 1 dargestellten Anordnung der Komponenten der Beleuchtungsoptik 16 ist der zweite Facettenspiegel 19 aber in einer zur Eintrittspupille des Projektionssystems 20 konjugierten Fläche angeordnet. Umlenkspiegel 17 sowie die beiden Facettenspiegel 18, 19 sind sowohl gegenüber der Objektebene 12 als auch zueinander jeweils verkippt angeordnet.
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Bei einer alternativen, nicht dargestellten Ausführungsform der Beleuchtungsoptik 16 kann im Strahlengang zwischen dem zweiten Facettenspiegel 19 und dem Objektfeld 11 noch eine Übertragungsoptik umfassend einen oder mehrere Spiegel vorgesehen sein. Die Übertragungsoptik kann insbesondere einen oder zwei Spiegel für senkrechten Einfall (NI-Spiegel, Normal Incidence Spiegel) und/oder einen oder zwei Spiegel für streifenden Einfall (GI-Spiegel, Grazing Incidence Spiegel) umfassen. Mit einer zusätzlichen Übertragungsoptik können insbesondere unterschiedliche Lagen der Eintrittspupille für den tangentialen und für den sagittalen Strahlengang des nachfolgend beschriebenen Projektionssystems 20 berücksichtigt werden.
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Es ist alternativ möglich, dass auf den in 1 dargestellten Umlenkspiegel 17 verzichtet wird, wozu dann die Facettenspiegel 18, 19 gegenüber der Strahlungsquelle 13 und dem Kollektor 14 geeignet anzuordnen sind.
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Mithilfe des Projektionssystems 20 wird das Objektfeld 11 in der Retikelebene 12 auf das Bildfeld 21 in der Bildebene 22 übertragen.
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Das Projektionssystem 20 umfasst dafür eine Mehrzahl von Spiegeln Mi, welche gemäß ihrer Anordnung im Strahlengang der Projektionsbelichtungsanlage 1 durchnummeriert sind. Bei den Spiegeln Mi handelt es sich um optische Elemente 25.
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Bei dem in der 1 dargestellten Beispiel umfasst das Projektionssystem 20 sechs Spiegel M1 bis M6 als optische Elemente 25. 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, womit es sich bei dem dargestellten Projektionssystem 20 um eine doppelt obskurierte Optik handelt. Das Projektionssystem 20 hat eine bildseitige numerische Apertur, die größer ist als 0,3 und die auch größer sein kann als 0,6 und die beispielsweise 0,7 oder 0,75 betragen kann.
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Die Reflexionsflächen der Spiegel Mi können als Freiformflächen ohne Rotationssymmetrieachse ausgeführt sein. Alternativ können die Reflexionsflächen der Spiegel Mi aber auch als asphärische Flächen mit genau einer Rotationssymmetrieachse der Reflexionsflächenform gestaltet sein. Die Spiegel Mi können, genauso wie die Spiegel der Beleuchtungsoptik 16, Reflexionsbeschichtungen für die Beleuchtungsstrahlung aufweisen. Diese Reflexionsbeschichtungen können als Multilayer-Beschichtungen, insbesondere mit alternierenden Lagen aus Molybdän und Silizium gestaltet sein.
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Das Projektionssystem 20 hat einen großen Objekt-Bild-versatz in der y-Richtung zwischen einer y-Koordinate eines Zentrums des Objektfeldes 11 und einer y-Koordinate des Zentrums des Bildfeldes 21. Dieser Objekt-Bild-Versatz in der y-Richtung kann in etwa so groß sein wie ein z-Abstand zwischen der Objektebene 12 und der Bildebene 22.
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Das Projektionssystem 20 kann insbesondere anamorphotisch ausgebildet sein, d. h. es weist insbesondere unterschiedliche Abbildungsmaßstäbe βx, βy in x- und y-Richtung auf. Die beiden Abbildungsmaßstäbe βx, βy des Projektionssystems 20 liegen bevorzugt bei (βx, βy) = (+/- 0,25, /+- 0,125). Ein Abbildungsmaßstab β von 0,25 entspricht dabei einer Verkleinerung im Verhältnis 4:1, während ein Abbildungsmaßstab β von 0,125 in eine Verkleinerung im Verhältnis 8:1 resultiert. Ein positives Vorzeichen beim Abbildungsmaßstab β bedeutet eine Abbildung ohne Bildumkehr, ein negatives Vorzeichen eine Abbildung mit Bildumkehr.
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Andere Abbildungsmaßstäbe sind ebenso möglich. Auch vorzeichengleiche und absolut gleiche Abbildungsmaßstäbe βx, βy in x- und y-Richtung sind möglich.
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Die Anzahl von Zwischenbildebenen in der x- und in der y-Richtung im Strahlengang zwischen dem Objektfeld 11 und dem Bildfeld 21 kann, je nach Ausführung des Projektionssystems 20, gleich oder unterschiedlich sein. Beispiele für Projektionssysteme 20 mit unterschiedlichen Anzahlen derartiger Zwischenbilder in x- und y-Richtung sind bekannt aus der
US 2018/0074303 A1 .
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Das Projektionssystem 20 kann insbesondere eine homozentrische Eintrittspupille aufweisen. Diese kann zugänglich sein. Sie kann aber auch unzugänglich sein.
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Durch das Beleuchtungssystem 10 belichtet und durch das Projektionssystem 20 auf die Bildebene 21 übertragen wird ein im Objektfeld 11 angeordnetes Retikel 30 (auch Maske genannt). Das Retikel 30 ist von einem Retikelhalter 31 gehalten. Der Retikelhalter 31 ist über einen Retikelverlagerungsantrieb 32 insbesondere in einer Scanrichtung verlagerbar. Im dargestellten Ausführungsbeispiel verläuft die Scanrichtung in y-Richtung.
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Das Retikel 30 kann ein Aspektverhältnis zwischen 1:1 und 1:3, vorzugsweise zwischen 1:1 und 1:2, besonders bevorzugt von 1:1 oder 1:2 aufweisen. Das Retikel 30 kann im Wesentlichen rechteckförmig ausgestaltet sein und ist bevorzugt 5 bis 7 Inch (12,70 bis 17,78 cm) lang und breit, weiter vorzugsweise 6 Inch (15,24 cm) lang und breit. Alternativ hierzu kann das Retikel 30 5 bis 7 Inch lang (12,70 bis 17,78 cm) und 10 bis 14 Inch (25,40 bis 35,56 cm) breit sein, und ist vorzugsweise 6 Inch (15,24 cm) lang und 12 Inch (30,48 cm) breit.
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Abgebildet wird eine Struktur auf dem Retikel 30 auf eine lichtempfindliche Schicht eines im Bereich des Bildfeldes 21 in der Bildebene 22 angeordneten Wafers 35. Der Wafer 35 wird von einem Waferhalter 36 gehalten. Der Waferhalter 36 ist über einen Waferverlagerungsantrieb 37 insbesondere längs der y-Richtung verlagerbar. Die Verlagerung einerseits des Retikels 30 über den Retikelverlagerungsantrieb 32 und andererseits des Wafers 35 über den Waferverlagerungsantrieb 37 kann synchronisiert zueinander erfolgen.
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Die in 1 dargestellte Projektionsbelichtungsanlage 1 bzw. deren Beleuchtungssystem 10, deren vorstehende Beschreibung im wesentlichen bekannten Stand der Technik widerspiegelt, zeichnet sich dadurch aus, der erste und/oder zweite Facettenspiegel 18, 19 einen oder mehrere erfindungsgemäß hergestellte MEMS-Spiegelarrays 100 umfassen. Jedes der MEMS-Spiegelarrays 100 weist dabei eine Vielzahl einzelner unabhängig um jeweils zwei Rotationsfreiheitsgrade verstellbare Spiegelelemente 101 auf, die in einem zweidimensionalen Raster angeordnet sind. Jeder der Facettenspiegel 18, 19 kann durch ein einzelnes oder mehrere nebeneinander angeordnete MEMS-Spiegelarrays 100 gebildet sein.
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In 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 bis 9 ist jeweils ein Teil eines ein MEMS-Spiegelarray 100 schematisch in Schnitt dargestellt, wobei zunächst jeweils der Zustand in einem Stadium des Herstellungsverfahrens gezeigt ist, bevor eine reflektierende Beschichtung auf die Spiegelfläche 102 der Spiegelelemente 101 aufgebracht ist. Die Darstellungen umfassen daher jeweils auch erfindungsgemäße Vorrichtungen 200. Umfassen die Vorrichtungen reversible Dichtungselemente 300, ist jeweils auf der linken Seite der Figuren dargestellt, wie sich die Dichtungselemente 300 zeitweise verstellt werden können, um nicht mehr abdichtend zu wirken, während in der rechten Seite jeweils die abdichtende Stellung der Dichtungselemente 300 gezeigt ist.
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Die Spiegelelemente 101 weisen jeweils zumindest am Ende des Herstellungsverfahrens des MEMS-Spiegelarrays 100 reflektierende Spiegelflächen 102 auf. Im vorigen Beispiel werden die Spiegelflächen 102 hierfür mit einer für EUV-Strahlung mit einer Wellenlänge von 13,5 nm reflektierenden Beschichtung versehen. Zur Ausrichtung der Spiegelflächen 102 sind die Spiegelelemente über in 2-9 nur schematisch angedeutete aktuierbare Mechaniken 103 um zwei Freiheitsgrade verkippbar an einer gemeinsamen festen Grundstruktur 104 angeordnet. Die Mechaniken 103 umfassen dazu wenigstens eine gelenkige Lagerung, Aktuatoren und Sensoren. An der Grundstruktur 103 können Zuleitungen, Teile der Steuerungselektronik für die Aktuatoren etc. angeordnet sein. Entsprechendes ist aus dem Stand der Technik bekannt und bedarf hier keiner weiteren Erläuterung. Damit die einzelnen Spiegelelemente 101 individuell und ohne gegenseitige Beeinflussung verstellen lassen, ist zwischen den einzelnen Spiegelelementen 101 jeweils ein Zwischenraum 105 vorgesehen.
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Bei der Ausführungsvariante gemäß 2 ist im Bereich jedes Spiegelelementes 101 jeweils ein Rahmen 240 vorgesehen, der sich von der Grundstruktur 104 in Richtung des jeweiligen Spiegelelementes 101 erstreckt. Die zwischen dem Rahmen 240 und dem Spiegelelement 101 verbleiende Lücke ist mit einem entfernbaren Dichtungselement 300, nämlich einer Materialbrücke 310 verschlossen.
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Durch die Rahmen 240 und Dichtungselemente 300 wird eine der Anzahl der Spiegelelemente 101 entsprechende Anzahl an Unterbauräumen 210 geschaffen, in denen sich jeweils die aktuierbare Mechanik 103 des zugehörigen Spiegelelements 101 befindet. Da der Unterbauraum 210 durch die Rahmen 240 und Dichtungselemente 300 dicht gegenüber der Umgebung und insbesondere des Bearbeitungsraums 220 abgeschlossen ist, können Bearbeitungsschritte wie das Beschichten der im Bearbeitungsraum 220 befindlichen Spiegelflächen 102 der Spiegelelemente 101 durchgeführt werden, ohne dass die Gefahr besteht, dass dabei verwendetes Beschichtungsmaterial in die aktuierbare Mechanik 103 eindringt.
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Gleichzeitig werden die Spiegelelemente 101 durch die Rahmen 203 und Dichtungselemente 300 in der in 2 dargestellten Position gehalten, womit eine Transportsicherung gegeben ist.
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Nach erfolgter Bearbeitung der Spiegelflächen 102 und/oder, wenn keine Transportsicherung mehr erforderlich ist, können die Dichtungselemente 300 entfernt werden, womit die Spiegelelemente 101 dann in den von der aktuierbaren Mechanik 103 gewährten Freiheitsgraden bewegbar ist. Die Dimensionierung von Dichtungselementen 300 und Rahmen 240 ist dabei so gewählt, dass die Rahmen 240 die Bewegbarkeit der Spiegelelemente 101 nicht einschränken.
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Das Dichtungselement 300 ist bevorzugt aus einem aus der Halbleiterherstellung bekannten Material oder Metall. Für Dichtungselemente 300 aus einem solchen Material sind im Stand der Technik diverse Verfahren, nämlich insbesondere aus der Halbleiterherstellung bekannt, mit denen die Dichtungselemente 300 entfernt werden können, ohne die übrige Struktur und/oder Beschichtungen etc. zu beschädigen. Das Entfernen der Dichtungselemente 300 ist dabei in der Regel irreversibel.
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Bei der Ausführungsvariante gemäß 3 ist anstelle von der Grundstruktur 104 ausgehenden Rahmen 240 (vgl. 2) sich von jedem Spiegelelement 101 in Richtung der Grundstruktur 104 erstreckende Rahmen 230 vorgesehen. Diese Rahmen 230 dienen als Auflagefläche für als Dichtelement 300 vorgesehene Materialbrücken 310, die unmittelbar zwischen jeweils benachbarten Spiegelelemente 101 angeordnet sind. Durch die Dichtungselemente 300 wird zusammen mit den Spiegelelementen 101 selbst ein durchgehender Unterraum 210 geschaffen, in dem die aktuierbaren Mechaniken 103 sämtlicher Spiegelelemente 101 angeordnet sind und der von Bearbeitungsraum 220 dicht abgetrennt ist. Der Bearbeitungsraum 220 umfasst jedoch die Spiegelflächen 102, womit diese ohne Risiko dadurch die aktuierbaren Mechaniken 103 zu beschädigen, bearbeitet werden können.
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Die Dichtungselemente 300 können, wie bereits in Zusammenhang mit 2 erläutert, irreversibel entfernt werden. Es wird auf die diesbezüglichen Ausführungen verwiesen.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß 4 ähnelt demjenigen aus 3. Anstelle einer Materialbrücke 310 als Dichtungselement 300 ist jedoch ein gitterförmiges aufblasbares Dichtungselemente 320 vorgesehen, welches im aufgeblasenen Zustand kraftschlüssig und dichtend an den Rahmen 230 anliegt. Zum Entfernen des Dichtungselementes 320 ist geeignet Gas abzulassen, wodurch sich der Kraftschluss aufhebt und das Dichtungselement 320 entfernt werden kann.
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Grundsätzlich ist es möglich, das Dichtungselement 320 zu einem späteren Zeitpunkt wieder anzubringen, weshalb diese Ausführungsvariante als reversibel gelten kann.
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Im Übrigen gelten die Ausführungen zu 3.
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Gleiches gilt auch für Ausführungsvariante gemäß 5. Dort ist als Dichtungselement 300 zwischen den Rahmen 230 der einzelnen Spiegelelemente jeweils Piezo-Elemente 330 vorgesehen. Die Piezo-Elemente 330 sind dabei so ausgebildet, dass sie im spannungsfreien Zustand den Raum zwischen benachbarten Spiegelelementen 101 vollständig abdichten (rechte Seite der 5). Wird eine geeignete Spannung angelegt, ziehen sich die Piezo-Elemente 330 jedoch zusammen, womit das Dichtungselement 300 soweit gelöst wird, dass die Spiegelelemente 101 frei beweglich sind.
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Entsprechende Piezo-Elemente 330 werden auch bei der Ausführungsvariante gemäß 6 als Dichtungselemente 300 verwendet. Allerdings erstrecken sich die Piezo-Elemente 330 im spannungsfreien Zustand dabei nicht zwischen benachbarten Spiegelelementen 101, sondern vielmehr zwischen der Grundstruktur 104 und jeweils einem Spiegelelement 101 bzw. einem daran jeweils angeordneten Rahmen 230.
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Sind die Piezo-Elemente 330 spannungsfrei, sind die Spiegelelemente 101 jeweils fixiert und deren aktuierbare Mechanik jeweils in einem abgedichteten Unterbauraum 210 eingeschlossen. Bei Anlage ausreichender Spannungen ziehen sich die Piezo-Elemente 330 derart ausreichend zusammen, dass die Spiegelelemente 101 freigegeben werden.
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Anstelle unmittelbar die Kontraktionsmöglichkeiten von Piezo-Elementen 330 zu nutzen, kann diese auch verwendet werden, Dichtungselemente 300 durch das Anlegen von Spannung zu biegeverformen. In 6 ist dargestellt, wie ein entsprechendes Dichtungselement 300 zwischen zwei Spiegelelementen 101 bzw. dort angeordneten Rahmen 230 erstrecken kann (rechte Seite). Auch ist gezeigt, wie die durch Spannung und Nutzung eines Piezo-Effekts hervorgerufene Verformung der Dichtungselemente 300 ausgestaltet sein kann (linke Seite).
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Selbstverständlich ist es auch hier wieder möglich, die Dichtungselemente 300 nicht zwischen jeweils benachbarten Spiegelelementen 101, sondern jeweils zwischen einem Spiegelelement 101 und der Grundstruktur 104 vorzusehen. Entsprechendes ist in 8 gezeigt. Die Piezo-Elemente 330 decken dabei im spannungsfreien Zustand eine Lücke zwischen den an den Spiegelelementen 101 angeordneten Rahmen 230 und den sich von der Grundstruktur 104 erstreckenden Rahmen 240 ab (rechte Seite). Wird eine Spannung angelegt, wird die fragliche Lücke freigegeben (linke Seite).
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In 9 ist ein zum Ausführungsbeispiel der 2 ähnliches Beispiel gezeigt. Allerdings ist das Dichtungselement 300 dabei nicht aus irreversibel zu entfernendem Material, sondern vielmehr entweder aus Material 340, welches sich bei Bestrahlung mit einer materialspezifischen Wellenlänge irreversibel zusammenzieht, oder aus einem Material 350 mit inverser Temperaturausdehnung.
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Im Ausgangszustand dichten die Materialien 340, 350 die Unterbauräume 210 gegenüber dem Bearbeitungsraum 220 ab (rechte Seite). Mit geeigneter Bestrahlung oder Erhöhung der Temperatur, bspw. auf Betriebstemperatur, ziehen sich die Materialien 340, 350 aber zusammen, sodass die Spiegelelemente 101 freigegeben werden (linke Seite). Im Fall vom Material 350 mit inverser Temperaturausdehnung ist dieser Vorgang auch reversibel. Hierzu muss lediglich die Temperatur wieder geeignet abgesenkt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2012/130768 A2 [0005]
- DE 10 2015 204 874 A1 [0007]
- DE 10 2015 220 018 A1 [0008]
- DE 10 2008 009 600 A1 [0037]
- US 2006/0132747 A1 [0038]
- EP 1 614 008 B1 [0038]
- US 6,573,978 [0038]
- DE 10 2017 220 586 A1 [0043]
- US 2018/0074303 A1 [0054]