DE10216114A1

DE10216114A1 - Vorrichtung zur deformationsarmen Lagerung eines nicht rotationssymmetrischen optischen Elementes

Info

Publication number: DE10216114A1
Application number: DE10216114A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Weber
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2002-04-12
Filing date: 2002-04-12
Publication date: 2003-10-23
Also published as: AU2003229610A1; US7362520B2; WO2003087944A3; WO2003087944A2; AU2003229610A8; US20050052760A1

Abstract

Bei einer Vorrichtung zur deformationsarmen Lagerung eines nicht rotationssymmetrischen optischen Elementes (10), insbesondere eines optischen Elementes in einem Projektionsobjektiv (1) für die Halbleiter-Lithographie, ist dieses in einem Rahmen (21) gelagert, wobei an dem optischen Element (10) wenigstens drei orthogonal zueinander liegende Anbindungsflächen (23) vorgesehen sind, und wobei Anbindungsglieder (22) zur Anbindung an den Rahmen (21) so angeordnet sind, daß durch die Anbindungsglieder (22) jeweils mindestens eine, jedoch maximal zwei Translationsfreiheitsgrade und zwei Rotationsfreiheitsgrade vorgesehen sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur deformationsarmen Lagerung eines nicht rotationssymmetrischen optischen Elementes, insbesondere eines optischen Elementes in einem Projektionsobjektiv für die Halbleiter-Lithographie, das in einem Rahmen gelagert ist.

Insbesondere bei Projektionsobjektiven in der Halbleiter- Lithographie zur Herstellung von Halbleiterelementen ist es erforderlich die genaue Einbaulage eines optischen Elementes oder einer optischen Baugruppe im Bezug auf Referenzflächen zu kennen. Darüber hinaus ist es häufig erforderlich ein optisches Element oder eine Baugruppe nach einem Aus- und Wiedereinbau exakt bezüglich der vorherigen Lage zu positionieren, wobei insbesondere auch gleiche oder zumindest sehr ähnliche Deformationen auftreten sollen, wie beim ersten Einbau, damit eine Reproduzierbarkeit gegeben ist und keine Änderungen bezüglich der Abbildungsqualität des Projektionsobjektives auftreten.

Eine reproduzierbare Einbaulage und wenigstens annähernd gleiche Deformationskräfte sind bei nicht rotationssymmetrischen optischen Elementen besonders schwer zu erreichen. Dies gilt insbesondere für Strahlteilerwürfel, Prismen und Doppelspiegel.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde eine Lagerung eines nicht rotationssymmetrischen optischen Elementes zu schaffen, durch die eine Reproduzierbarkeit erreicht wird, insbesondere nach einem Ausbau und einem erneuten Einbau. Insbesondere sollen äußere Einflüsse während der Montage und des Betriebes keine Änderungen der ursprünglichen Deformation des optischen Elementes auslösen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung gelöst, wobei das optische Element in einem Rahmen derart gelagert ist, daß an dem optischen Element wenigstens drei orthogonal liegende Anwendungsflächen vorgesehen sind, wobei Anbindungsglieder zur Anbindung an dem Rahmen so angeordnet sind, daß durch die Anbindungsglieder jeweils mindestens ein, jedoch maximal zwei Translationsfreiheitsgrade und zwei Rotationsfreiheitsgrade vorgesehen sind.

Durch die erfindungsgemäße Lagerung wird eine Reproduzierbarkeit bei einem erneuten Einbau des optischen Elementes erreicht, wobei auch die ursprünglichen Deformationskräfte wiederhergestellt werden bzw. erhalten bleiben. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Anbindungsglieder jeweils mit einem Verbindungsglied versehen sind, über das das optische Element fest mit dem Rahmen verbunden ist.

Eines der wesentlichen Merkmale der Erfindung besteht darin, daß man während des Einbaus an jeder Anbindungsstelle zwei Translationsfreiheitsgrade zur Verfügung hat. Nach dem Einbau, das heißt nach der Verbindung jeder Anbindungsstelle über ein Verbindungsglied mit dem optischen Element wird ein Translationsfreiheitsgrad weggenommen. Auf diese Weise wird die Lagerung insgesamt steifer, womit sich Schwingungen besser vermeiden lassen.

In einer sehr vorteilhaften Weise wird man die Anbindungsglieder als Festkörpergelenke ausbilden, wobei diese blattfederartige, elastische Elemente aufweisen können.

Mit einer derartigen Lagerung wird eine Spielfreiheit erreicht.

Wenn man dabei eine Lagerung über wenigstens zwei senkrecht zueinander angeordnete blattfederartige elastische Elemente vorsieht, so bleibt es bei zwei translatorischen Freiheitsgraden auch nach dem Einbau, womit eine Überbestimmung der Lagerung vermieden wird.

Eine sehr vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich, wenn vorgesehen ist, daß die Wirkgeraden der lateralen Translationsbeweglichkeiten sich in einem Punkte schneiden.

Durch diese Anordnung ergibt sich eine Temperaturkompensation, da sich die Anbindungsstellen bzw. Lagerpunkte bei unterschiedlicher Temperaturdehnung von optischem Element und Rahmen so bewegen, daß das optische Element seine Gestalt nicht ändern muß.

Eine vorteilhafte konstruktiv einfache Ausgestaltung wird dabei dann erreicht, wenn die Anbindungsglieder schief in Bezug auf die Kanten des optischen Elementes liegen, wobei sich die Wirkgeraden der lateralen Translationsbeweglichkeiten in einer Ecke des optischen Elementes schneiden. Bei einem optischen Element als Würfel wird auf diese Weise die Möglichkeit geschaffen, sich vom Würfeleck als Fixpunkt gestalttreu auszudehnen oder zusammenzuziehen.

Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindungen ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen und aus den nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Projektionsbelichtungsanlage mit einem Projektionsobjektiv;
Fig. 2 einen Strahlteilerwürfel, der in einem Rahmen gelagert ist;
Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung einer Lagervorrichtung für den Strahlteilerwürfel;
Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung einer Lagervorrichtung für den Strahlteilerwürfel in einer zweiten Ausführungsform;
Fig. 5 eine vergrößerte Darstellung einer Lagervorrichtung für den Strahlteilerwürfel in einer dritten Ausführungsform;
Fig. 6 einen Strahlteilerwürfel in einer Ausgestaltung mit schräg gestellten Lagerungsvorrichtungen;
Fig. 7 eine einstellbare Andruckvorrichtung mit einer Feder; und
Fig. 8 eine einstellbare Andruckvorrichtung mit einem Magneten.
In Fig. 1 ist prinzipmäßig eine Projektionsbelichtungsanlage mit einem Projektionsobjektiv 1 für die Mikrolithographie zur Herstellung von Halbleiterelementen dargestellt.
Es weist ein Beleuchtungssystem 2 mit einem nicht dargestellten Laser als Lichtquelle auf. In der Objektebene der Projektionsbelichtungsanlage befindet sich ein Retikel 3, dessen Struktur auf einen unter dem Projektionsobjektiv 1 angeordneten Wafer 4, der sich in der Bildebene befindet, in entsprechend verkleinertem Maßstab abgebildet werden soll.
Das Projektionsobjektiv 1 ist mit einem ersten vertikalen Objektivteil 1a und einem zweiten horizontalen Objektivteil 1b, versehen. In dem Objektivteil 1b befinden sich mehrere Linsen 5 und ein Konkavspiegel 6, welche in einem Objektivgehäuse 7 des Objektivteiles 1b angeordnet sind. Zur Umlenkung des Projektionsstrahles (siehe Pfeil) von dem vertikalen Objektivteil 1a mit einer vertikalen optischen Achse 8 in das horizontale Objektivteil 1b mit einer horizontalen optischen Achse 9 ist ein Strahlteilerwürfel 10 vorgesehen.
Nach Reflexion der Strahlen an dem Konkavspiegel 6 und einem nachfolgenden Durchtritt durch den Strahlteilerwürfel 10 treffen diese auf einen Umlenkspiegel 11. An dem Umlenkspiegel 11erfolgt eine Ablenkung des horizontalen Strahlengangs 9 wiederum in eine vertikale optische Achse 12. Unterhalb des Umlenkspiegels 11 befindet sich ein drittes vertikales Objektivteil 1c mit einer weiteren Linsengruppe 13. Zusätzlich befinden sich im Strahlengang noch drei λ/4-Platten 14, 15 und 16. Die λ/4- Platte 14 befindet sich in dem Projektionsobjektiv 1 zwischen dem Retikel 3 und dem Strahlteilerwürfel 10 hinter einer Linse oder Linsengruppe 17. Die λ/4-Platte 15 befindet sich im Strahlengang des horizontalen Objektivteiles 1b und die λ/4-Platte 16 befindet sich in dem dritten Objektivteil 1c. Die drei λ/4- Platten dienen dazu die Polarisation einmal vollständig zu drehen, wodurch unter anderem Strahlenverluste minimiert werden.
In den Fig. 2 bis 8 ist in vergrößerter Darstellung der in der Fig. 1 dargestellte Strahlteilerwürfel 10 mit seinen Lagervorrichtungen näher beschrieben. Der Strahlteilerwürfel 10 ist in einem Rahmen 21 gelagert, welcher in nicht näher dargestellter Weise fest mit dem Projektionsobjektiv 1 verbunden ist.
Die Lagerung des Strahlteilerwürfels 10 im Rahmen 21 erfolgt über drei Anbindungsglieder 22, welche an drei senkrecht bzw. orthogonal zueinander liegenden Anbindungsflächen 23 des Strahlteilerwürfels 10 angreifen. Wie aus der Fig. 2 ersichtlich ist, sind die Anbindungsglieder 22 als Festkörperglenke ausgebildet und mit dem Rahmen 21 einstückig. Wie weiter aus der Fig. 2 ersichtlich ist, stellen die Anbindungsflächen 23 drei Würfelseiten des Strahlteilerwürfels 10 dar. Gemäß Fig. 3 weist jedes Bindungsglied 22 ein Mittelteil 24 mit einer Gewindebohrung 25 und zwei seitlich daran sich anschließende blattfederartige elastische Elemente 26 auf. Während jeweils ein Ende der elastischen Elemente 26 mit dem Mittelteil 25 verbunden ist, sind die anderen Enden der Elemente 26 jeweils mit dem Rahmen 21 verbunden. Die Mittelteile 24 der Anbindungsglieder 22 liegen mit Auflageflächen 27 an den Anbindungsflächen 23 des Strahlteilerwürfels 10 an.
In der Bohrung 25 des Mittelteiles 24 befindet sich eine Schraube 28, die jeweils in eine Gewindebohrung 29 des Strahlteilerwürfels 10 eingeschraubt ist (siehe die teilweise aufgebrochene Darstellung des Strahlteilerwürfels in der Fig. 2).
Bei der Lagervorrichtung gemäß Fig. 2 und 3 liegen beim Einbau zwei Rotationsfreiheitsgrade und zwei Translationsfreiheitsgrade pro Bindungsglied 22 vor.
Wie aus der Fig. 3 in Zusammenhang mit der Fig. 2 ersichtlich, ist jeweils eine vertikale Rotation 30 um die Schraubenlängsachse und eine axiale Rotation 31 um die Längsachsen der blattfederartigen elastischen Elemente 26 möglich. Zusätzlich ist aufgrund der Elastizität der Elemente 26 eine laterale Translation 32 quer zur Längsachse der blattfederartigen Elemente 26 möglich. Weiterhin ist noch vor der Verbindung der Strahlteilerwürfel 10 mit dem Rahmen 21 über die drei Schrauben 28 jeweils noch eine laterale Translation in Längsrichtung der elastischen Elemente 26 möglich, wie dies durch den gestrichelten Pfeil 33 in der Fig. 3 angedeutet ist. Die Möglichkeit der lateralen Translation in Pfeilrichtung 33 wird jedoch aufgrund der Statik der elastischen Elemente 26 in dieser Richtung nach einem Einschrauben der Schrauben 28 in die Gewindebohrung 29 des Strahlteilerelementes 10 aufgehoben. Dies bedeutet nach der Verbindung des Strahlteilerwürfels 10 mit dem Rahmen 21 über die drei Schrauben 28 ist jeweils nur eine laterale Translation 32 quer zu den Längsachsen der Elemente 26 und den beiden Rotationen 30 und 31 möglich.
Bei dieser Lagerungsart liegt eine Überbestimmung vor, welche Deformationen an dem Strahlteilerwürfel 10 hervorruft.
In den Fig. 4 und 5 sind Lagerungsvorrichtungen für den Strahlteilerwürfel 10 dargestellt, bei denen auch nach einem Einbau noch zwei Translationsfreiheitsgrade vorhanden sind.
Da bei den in den Fig. 4 und 5 dargestellten Lagerungsvorrichtungen im wesentlichen die gleichen Teile verwendet werden und der gleiche Aufbau vorliegt, sind für die gleichen Teile auch die gleichen Bezugszeichen verwendet worden.
Gemäß Fig. 4 ist der Rahmen 21 im Bereich seiner Lagerungsvorrichtungen jeweils mit zwei Aussparungen 34 in Form von Längsnuten versehen. Die Aussparungen 34 erstrecken sich quer zu den Längsachsen der blattfederartigen elastischen Elemente 26 und befinden sich jeweils in einem solchen Abstand von der Außenseite des Rahmens 21 im Bereich der Verbindung zwischen den Elementen 26 und dem Rahmen 21, daß lediglich nur ein schmaler Steg 35 vorhanden ist, der ebenfalls quer zur Längsachse der Elemente 26 verläuft. Durch die beiden länglichen Aussparungen 34 ist somit nach einer festen Verbindung des Strahlteilerwürfels 10 mit dem Rahmen 21 noch eine laterale Translation in Pfeilrichtung 33 möglich, da sich die schmalen Stege 35 ebenso wie die blattfederartigen elastischen Elemente 26 durchbiegen können.
In der Fig. 5 ist eine weitere Möglichkeit dargestellt, bei der ebenfalls zwei laterale Translationen 32 und 33 nach einem Einbau möglich sind. In diesem Falle wird dies durch eine Erweiterung 36 des Rahmens möglich, die wenigstens annähernd eine U-Profilform darstellt, mit zwei Schenkeln 37, die senkrecht zu dem blattfederartigen elastischen Element 26 bezüglich ihrer jeweiligen Längsachsen bzw. deren steifen Flächen verlaufen. Wie ersichtlich, ist bei dieser Ausgestaltung nur ein blattfederartiges elastisches Element 26 vorhanden, das auf einer Seite mit dem Mittelteil 24 als eigentlichem Anbindungsglied und auf der anderen Seite mit dem Querteil des U-Profiles zwischen den beiden Schenkeln 37 verbunden ist.
Neben den beiden Rotationsfreiheitsgraden 30 und 31 ist aufgrund der Elastizität des Elementes 26 eine laterale Translation 32 und aufgrund der Elastizität der beiden Schenkel 37 eine senkrecht dazu liegende Translation 33 möglich.
In der Fig. 6 ist eine Ausgestaltung für eine Verbindungsvorrichtung des Strahlteilerwürfels 10 mit dem Rahmen 21ersichtlich, bei der die Anbindungsglieder 22 schief bzw. in einem Winkel in Bezug auf die Kanten des Strahlteilerwürfels 10 liegen. Beträgt der Winkel unter dem die blattfederartigen Elemente 26 mit den Seiten des Rahmens 21 verbunden werden 45°, womit die Anbindungsglieder 22 diagonal an den Anbindungsflächen 23 verlaufen, so schneiden sich die Wirkgeraden der lateralen Translationsbeweglichkeiten in einem Punkt P, wie dies aus den Wirkpfeilen 38, 39 und 40 ersichtlich ist. Punkt P befindet sich an einer Ecke des Strahlteilerwürfels 10. Dadurch, daß die Bewegungsrichtungen auf den Punkt P gerichtet sind, ergibt sich eine Temperaturkompensation; das heißt, aufgrund unterschiedlicher Temperaturdehnungen von Strahlteilerwürfel 10 und Rahmen 21 ergibt sich keine Änderung der Gestalt des Strahlteilerwürfels 10.
Fig. 7 zeigt eine Variante zu der Schraube 28 als Verbindungsglied zwischen dem Rahmen 21 und dem Strahlteilerwürfel 20. Bei diesem Ausführungsbeispiel läßt sich die Andruckkraft einstellen. Dies wird durch eine gespannte Feder 41 erreicht, die ein Abheben der Anbindungsfläche 23 des Strahlteilerwürfels 10 von der Auflagefläche 27 des Anbindungsgliedes 22 verhindert und zwar indem sie eine Zugkraft zwischen einem Bolzen 42 und einem Bolzen 43, über die jeweils die Enden der Feder 41 geschlungen sind, erzeugt. Der Bolzen 42 befindet sich an einer Einsetzhülse 44 in dem Strahlteilerwürfel 10. Die Verbindung zwischen der Einsetzhülse 44 und dem Strahlteilerwürfel 10 oder zwischen der Feder 41 und dem Bolzen 42 wird man in bevorzugter Weise als Schnellverschluß, zum Beispiel als Bayonettverschluß, vorsehen, damit auf diese Weise bei Montage und Demontage eine schnelle Lösung und erneute Verbindung ermöglicht wird.
Der Bolzen 43 ist mit einer Schraube 45 verbunden, die in das Mittelteil 24 des Anbindungsgliedes 22 eingeschraubt ist. Mit der Schraube 45 kann die Zugkraft der Feder 41 so eingestellt werden, daß der Strahlteilerwürfel 10 bei einem Ausbau und einem erneuten Einbau die gleiche Deformation erfährt wie vorher.
Die Abb. 8 zeigt eine andere Möglichkeit für eine Regelung der Andruckkraft zwischen dem Strahlteilerwürfel 10 und dem Anbindungsglied 22 als Teil des Rahmens 21. Die Andruckkraft wird bei der Fig. 8 durch einen Magneten 46 mit einem Nordpol und einem Südpol hervorgerufen, dessen magnetischer Fluß über eine Hülse 47 in dem Strahlteilerwürfel 10 und eine Hülse 48 in dem Anbindungsglied 22 verläuft. Durch Verstellen einer Verstellschraube 49, die mit dem Magneten 46 fest verbunden ist, kann die Andruckkraft zwischen dem Strahlteilerwürfel 10 und dem Anbindungsglied 22 wiederum so eingestellt werden, daß der Strahlteilerwürfel 10 bei einem erneuten Einbau die gleiche Deformation annimmt wie bei dem früheren Einbau.
Die Erfindung wurde bei dem Ausführungsbeispiel anhand eines Strahlteilerwürfels beschrieben. Selbstverständlich ist sie jedoch auch für andere Arten von nicht rotationssymmetrischen optischen Elementen geeignet, wie zum Beispiel einem Prisma oder einem Doppelspiegel.
Anstelle einer festen Verbindung über die drei Schrauben 28 oder den in den Fig. 7 und 8 dargestellten Verbindungsgliedern, durch die die Andruckskraft regelbar ist, sind selbstverständlich auch noch andere Verbindungsglieder im Rahmen der Erfindung möglich.

Claims

1. Vorrichtung zur deformationsarmen Lagerung eines nicht rotationssymmetrischen optischen Elementes (10), insbesondere eines optischen Elementes in einem Projektionsobjektiv (1) für die Halbleiter-Lithographie, das in einem Rahmen (21) gelagert ist, wobei an dem optischen Element (10) wenigstens drei orthogonal zueinander liegende Anbindungsflächen (23) vorgesehen sind, und wobei Anbindungsglieder (22) zur Anbindung an dem Rahmen (21) so angeordnet sind, daß durch die Anbindungsglieder (22) jeweils mindestens ein, jedoch maximal zwei Translationsfreiheitsgrade und zwei Rotationsfreiheitsgrade vorgesehen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anbindungsglieder (22) jeweils mit einem Verbindungsglied (28) versehen sind, über das das optische Element (10) fest mit dem Rahmen (21) verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkgeraden (38, 39, 40) der lateralen Translationsbeweglichkeiten sich in einem Punkte (P) schneiden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anbindungsglieder (22) schief im Bezug auf Kanten der Anbindungsflächen (23) des optischen Elementes (10) liegen, wobei sich die Wirkgeraden (38, 39, 40) der lateralen translatorischen Beweglichkeiten an einer Ecke (P) des optischen Elementes (10) schneidet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anbindungsglieder (22) als Festkörpergelenke ausgebildet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Festkörpergelenke (22) einen Teil des Rahmens (21) bilden.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Festkörpergelenke (22) blattfederartige elastische Elemente (26) aufweisen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils mindestens zwei blattfederartige elastische Elemente (26) für jedes Anbindungsglied (22) vorgesehen sind, wobei zwischen den mindestens zwei blattfederartigen elastische Elemente (22) die Verbindung zu dem optischen Element (1) erfolgt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Anbindungsglied (22) mit mindestens zwei blattfederartigen elastischen Elementen (20, 35) versehen ist, die senkrecht zueinander angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Anbindungsglied (22) zwischen vier blattfederartigen, elastischen Elementen (26, 35, 37) angeordnet ist, wobei jeweils zwei senkrecht zueinander angeordnete blattfederartige elastische Elemente auf jeder Seite des Anbindungsgliedes (22) vorgesehen sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eines der beiden sich auf einer Seite eines Anbindungsgliedes (22) befindenden blattfederartigen elastischen Elementes (35) durch eine Aussparung (34) in dem Rahmen (21) gebildet.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die senkrecht zueinander gerichtete Anordnung der blattfederartigen elastischen Elemente durch eine Erweiterung (36) des Rahmens (21) in U-Profilform geschaffen ist, wobei zwei Schenkel (37) des U-Profiles die blattfederartigen elastischen Elemente bilden.

13. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsglieder als Schrauben (28) ausgebildet sind, die in dem Rahmen (21) gelagert und in das optische Element (10) eingeschraubt sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Andruckkräfte der Anbindungsglieder (22) auf das optische Element (10) einstellbar sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Andruckkräfte durch Federglieder (41) einstellbar sind, die mit die Federvorspannskraft einstellenden Einstellglieder (43) versehen sind.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Andruckkraft durch Magnetglieder (46) einstellbar ist, wobei die Magnetkraft durch Einstellglieder (49) einstellbar ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Element ein Strahlteilerwürfel (10) ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Element ein Prisma ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Element ein Doppelspiegel ist.