WO2015120977A1 - Lagerelement und system zum lagern eines optischen elements - Google Patents

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WO2015120977A1 PCT/EP2015/000290 EP2015000290W WO2015120977A1 WO 2015120977 A1 WO2015120977 A1 WO 2015120977A1 EP 2015000290 W EP2015000290 W EP 2015000290W WO 2015120977 A1 WO2015120977 A1 WO 2015120977A1
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Jens PROCHNAU
Dirk Schaffer
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Carl Zeiss SMT GmbH
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    • G02B7/181—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors with means for compensating for changes in temperature or for controlling the temperature; thermal stabilisation
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    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/708—Construction of apparatus, e.g. environment aspects, hygiene aspects or materials
    • G03F7/70808—Construction details, e.g. housing, load-lock, seals or windows for passing light in or out of apparatus
    • G03F7/70825—Mounting of individual elements, e.g. mounts, holders or supports

Definitions

  • the invention relates to a bearing element for a bearing system for supporting an optical element, with a) a first coupling end, to which it can be coupled to the optical element; b) a second coupling end, on which it can be coupled to a support structure; wherein c) the bearing element comprises a bipod unit with at least one support unit, which extends between the first coupling end and the second coupling end; d) the support unit comprises a support element, which predominantly has a support function, and at least one functional element which, in comparison to the support element predominantly has a different function than a support function.
  • the invention relates to a system for storing an optical element in semiconductor clean rooms or in vacuum, in particular in a lighting device or a projection lens for a microlithographic EUV projection exposure apparatus, with at least one bearing element, each at a first coupling end with the optical element and at a two-
  • the projection exposure apparatus comprises an illumination device with a light source and an illumination system, which processes the projection light generated by the light source and directs it to the mask.
  • the illuminated by the illumination device mask is imaged by a projection lens on the photosensitive layer.
  • EUV radiation whose mean wavelength is 13.5 nm is increasingly used today.
  • EUV projection exposure systems are therefore often referred to simply as EUV projection exposure systems.
  • an EUV projection exposure apparatus comprises reflecting optical elements in the form of mirrors.
  • the mirrors arranged in the illumination device of the EUV projection exposure apparatus the projection light is directed onto the mask and these are illuminated.
  • the mirror of the associated projection lens With the help of the mirror of the associated projection lens, the illuminated mask is correspondingly imaged onto the photosensitive layer.
  • the mirrors must be precisely aligned in all six degrees of freedom.
  • hexapod systems are known, among others, in which an optical element is mounted on a support structure by means of three bipods.
  • the bipods comprise two of the above-mentioned support units and usually have at the same time during the storage of the optical element at least the task of exercising at least one additional function in addition to the support function. This primarily includes the further function of dissipating heat from the optical element to the support structure, from where the heat can finally be dissipated. But also an electrical insulation between the support structure and the optical element or its cooling may be desired or required as a further function of the bipods.
  • an EUV lighting device or an EUV projection lens is usually evacuated, in particular, there is a high vacuum.
  • drive means for changing the position of a mirror e.g. in the form of actuators, micrometer screws or differential threading device, not or only very limited possible.
  • actuators complicated encapsulations are generally necessary in order to prevent the outgassing of actuator materials.
  • hexapod systems are used for precise alignment and storage of mirrors.
  • the support structure is usually stationary in the housing of the illumination device or the projection lens installed and may also be formed by the housing or a frame of the lighting device or the projection lens itself.
  • the extent of the change in length of the bipods is significantly dependent on the material of the bipods and its coefficient of thermal expansion coefficients, which is hereinafter also referred to as CTE (Coefficient of Thermal Expansion) and should take into account both the coefficient of linear expansion and the expansion coefficients.
  • CTE Coefficient of Thermal Expansion
  • the bipods mainly from a low CTE ceramic material in the operating temperature range of the projection exposure equipment. Only bending areas of the bipods are made of a metallic material. That is, in this case, the support unit between the first and the second coupling end of the bearing element is made of such ceramic material and connected via metallic bending elements at opposite ends to the coupling ends of the bearing element. Due to the poor thermal conductivity of ceramic materials, however, no or only a very small amount of heat can be dissipated from the optical element to the support structure.
  • Support element and the heat-conducting in an operating temperature range have such different thermal conductivity coefficients that the heat-conducting element in comparison to the support element predominantly has a heat conducting function; f) the support member is supported by the heat conducting member to mechanically strengthen the heat conducting member; g) the heat-conducting element has two joints in the form of bending elements; h) the heat conducting element of a metal material, in particular of an alloy of 64% iron and 36% nickel, and the support member of a ceramic material, in particular Zerodur® or a cordierite is.
  • the bearing element comprises a bipod unit with a first support unit and a second support unit.
  • the heat-conducting element carries the support element, so that the support element forms a kind of mechanical reinforcement of the heat-conducting element.
  • the functional element is a heat-conducting element, wherein the support element and the heat-conducting element have such different thermal conductivity coefficients in an operating temperature range that the heat-conducting element predominantly has a heat-conducting function compared to the support element. This opens up the possibility of reducing a temperature-dependent change in length in particular of the support unit of the bearing element and at the same time to ensure that a sufficient amount of heat can be derived from the optical element.
  • the dissipation of heat from the optical element is simultaneously effected by the support element.
  • the support element learns as possible no changes in length with temperature changes. Although this can be achieved if the support element is made of materials with a small CTE. Then, however, the thermal conductivity is usually low. According to the invention can now be selected for the support element such a material, since the heat transfer is ensured independently by the heat conducting element.
  • the heat conducting element of a metal material, in particular of an alloy of 64% iron and 36% nickel
  • the support member is of a ceramic material, in particular Zerodur® or a cordierite.
  • the bearing element is also less sensitive to magnetic fields, so that deformations by magnetostriction can turn out lower.
  • the support element and the heat-conducting element preferably differ in their properties relevant to the function at least by a factor of 5.
  • Relevant parameters are in particular the rigidity, the modulus of elasticity, the electrical resistance, the thermal resistance or the thermal conductivity.
  • the support element encompasses a bridge part which extends between at least one first attachment region and a second attachment region of the bearing element.
  • the heat-conducting element provides the first and the second fastening region for the bridge part.
  • the support element and the heat-conducting element preferably form a parallel structure.
  • the positional stability of the optical element can be improved if there are decoupling means by which changes in the length and / or the volume of the support element or of the heat-conducting element are decoupled from the respective other element.
  • decoupling means by which changes in the length and / or the volume of the support element or of the heat-conducting element are decoupled from the respective other element.
  • decoupling means being formed by hinge regions of the support element or of the heat-conducting element.
  • the cooling means are preferably provided by cooling ribs on the support element.
  • active cooling by means of a coolant can also be provided.
  • the above-mentioned object is achieved in that the at least one bearing element according to one of claims 1 to 9 is formed. Consequently, the bearing element has some or all of the features explained above with the advantages mentioned above.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a schematic microlithographic EUV projection exposure apparatus with a lighting unit and a projection lens
  • FIG. 2 shows a partial section of the EUV projection exposure apparatus of FIG. 1, wherein the illumination unit schematically shows two storage devices each carrying a mirror;
  • Figure 3 is a schematic perspective view of a
  • FIG. 4 shows a perspective detailed view of a bipod unit with two carrying units, each comprising a support element and a heat-conducting element;
  • FIG. 5 a perspective detail view of the bipod unit without support elements
  • FIG. 6 shows a perspective detail view of a modified bipod unit with cooling means.
  • FIG. 1 schematically shows a microlithographic EUV projection exposure apparatus 10, which comprises an illumination device 12 and a projection objective 14.
  • the photosensitive layer 20 is usually a photoresist and is located on a wafer 22 or other substrate.
  • the mask 18 is illuminated by the illumination device 12 with EUV radiation 24 illuminated.
  • the illumination device 12 generates EUV radiation, which in the present exemplary embodiment has a center wavelength of 13.5 nm and a spectral half-width of approximately 1%, so that the majority of the EUV radiation leaving the illumination device 24 has wavelengths between 13.36 nm and 13.64 nm.
  • the illumination device 12 lights on the underside of the mask 18 from a stationary field 26, which corresponds to a ring segment in the present embodiment.
  • the projection lens 14 generates on the wafer 22 a reduced image 28 of the structures 16 which are illuminated on the mask 18 in the field 26.
  • the projection objective 14 is designed for a scanning operation in which the mask 18 and the wafer 22 are moved in opposite directions in a manner known per se with speeds predetermined by the magnification of the projection objective 14. This is indicated in FIGS. 1 and 2 by the arrows PI and P2.
  • the illumination device 12 comprises a housing 30, in which a light source 32 to be recognized in FIG. 2 is arranged for the EUV radiation 24.
  • the EUV radiation 24 generated by the light source 32 is projected onto the mask 18 by means of optical elements in the form of mirrors 34. In the highly schematic representation of FIG. 2, only two mirrors 34 and no intermediate focus are shown.
  • Each mirror 34 is connected to a bearing means 36 associated with it, which is arranged in the housing 30 and serves to align the respective mirror 34 in space and to hold the EUV radiation 24 with the required accuracy on the field 26 for illumination the mask 18 hits.
  • Corresponding mirrors 34, each with a bearing device 36 are also located in the projection objective 14. By means of the bearing devices 36, the mirrors 34 of the projection objective 14 are aligned in space such that the EUV radiation 24 strikes the wafer 22 with the required accuracy. Accordingly, the following explanations apply to mirrors 34 and bearing devices 36 of both the illumination device 12 and the projection objective 14.
  • Such a bearing device 36 is shown very schematically in FIG. 3 and comprises a support structure 38, which in the present exemplary embodiment is designed as a base plate 40.
  • the optical element, i. In the present case, the mirror 34 is coupled to the base plate 40 via bearing elements 42.
  • the bearing elements 42 are formed as a bipod unit 44, three of which define a hexapod system 46, which is thus supported by the support structure 38.
  • the three bipod units 44 are preferably of identical construction and are preferably positioned at the vertices of an equilateral triangle.
  • These Bipodhowen 44 in turn each comprise a first support unit 48 and a second support unit 50, which are connected at one end via a first coupling end 52 acting as a common bearing socket 54 to a V-shaped arrangement and with the mirror 34.
  • the support units 48, 50 each include the bearing pedestal 54 first
  • the support units 48, 50 are each coupled to the base plate 38.
  • the respective second coupling end 56 is shown in FIGS. 4 to 6 in the form of a connection socket 58 to recognize.
  • the support unit 48 extends between the first coupling end 52 and its associated second coupling end 56 and is movably connected to each coupling end 52 and 56 via joints in the form of bending elements 60 so that there in each case a bending region 62 of the bipod unit 44 is defined.
  • the support unit 48 comprises a functional element 64 and a support element 66. In an operating temperature range, these have different thermal conductivity coefficients such that the functional element 64 is a heat-conducting element 65 and predominantly has a heat-conducting function compared to the support element 66.
  • the heat-conducting element 65 is formed from a metal material. It is present as a metallic michleitarm 68, which has the shape of a metal strip 70 in the present embodiment.
  • the metal material in particular a known under the brand name Invar® iron-nickel alloy with 64% iron and 36% nickel or alloys based thereon are also suitable.
  • the latter can, for example, have a cobalt content.
  • the support element 66 has predominantly a support function in comparison to the heat-conducting element 65.
  • the support element 66 is made of a ceramic material, whereby in particular so-called "zero-CTE ceramics" as the glass-ceramic Zerodur® or cordierite come into question, which have a particularly small coefficient of thermal expansion.
  • the guide arm 68 carries the support member 66.
  • the flexures 60 to the bearing base 54 and the connection base 58 are connected to the guide arm 68.
  • the support member 66 as it forms a mechanical reinforcement of the heat-conducting element 65 in the form of the Leitarms 68; the heat-conducting element has a smaller modulus of elasticity than the supporting element 66 in addition to the larger coefficient of thermal expansion.
  • the support member 66 includes a bridge portion 72 which extends between a first attachment portion 74 and a second attachment portion 76 of the bearing member 42. These attachment areas 74, 76 are provided by the guide arm 68. There, the Leitarm 68 and the bridge portion 72 can be secured by screws, bonding or clamping together. In a modification, the support element 66 can also carry the functional element 64, the latter then being fastened to the support element 66 in a corresponding manner.
  • the longitudinal axes of the Leitarms 68 and the bridge portion 72 run in the same direction, so that the heat-conducting element 65th and the support element 66 as a whole form a parallel structure 78. Apart from the geometry in the attachment regions 74 and 76, the first and the support element 64, 66 thus extend substantially parallel.
  • the length and / or the volume of the heat-conducting element 64 and of the support element 66 varies to varying degrees. If the force acting on the attachment portions 74 and 76 by such changes in length and / or volume is too great, mechanical breakage may occur between the support member 66 and the heat conducting member 65 at the attachment portions 74, 76. In order to prevent this, only decoupling means 80 shown in FIG. 5 are present, by means of which changes in the length and / or the volume of the support element 66 or of the heat-conducting element 64 are decoupled from the respective other element.
  • the heat-conducting element 65 comprises two hinge regions 82, which enable its deflection in the radial direction with respect to the longitudinal axis of the heat-conducting element 65, which is indicated in FIG. 5 as a dashed line without reference symbols.
  • the hinge portions 82 are specifically generated in the metal strip 70 by radial slots 84 which are machined from opposite directions radially outward in the metal strip 70, so that at lateral edge regions of the opposite edges of the metal strip 70 remains only in the joint areas 82 material.
  • the hinge regions 82 can each migrate into the direction away from the slots 84, so that the metal strip 70 can rotate without the distance between the attachment regions. chen 74, 76 changes.
  • FIG. 6 now shows a modified bearing element 42, in which coolant 86 is additionally present in order to cool it.
  • the coolant 86 are designed as passive cooling.
  • the support member 66 carries a plurality of cooling fins 88, of which only two bear a reference numeral.
  • the cooling of the bearing elements 42 can also be effected by an active cooling device with the aid of a cooling medium.

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Abstract

Ein Lagerelement für ein Lagersystem zum Lagern eines optischen Elements, insbesondere in einer Beleuchtungseinrichtung für eine mikrolithographische EUV-Projektionsbelichtungsanlage, umfassend eine Bipodeinheit mit wenigstens einer Trageinheit (48,50), welche sich zwischen einem ersten Koppelende (52) und einem zweiten Koppelende (56) erstreckt. Die Trageinheit umfasst ein Stützelement (66) und wenigstens ein Funktionselement (64). Das Funktionselement (64) ist ein Wärmeleitelement (65), wobei das Stützelement (66) und das Wärmeleitelement (65) in einem Betriebstemperaturbereich derart unterschiedliche Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten haben, dass das Wärmeleitelement (65) im Vergleich zu dem Stützelement (66) überwiegend eine Wärmeleitfunktion hat. Das Stützelement (66) ist von dem Wärmeleitelement (65) getragen, um das Wärmeleitelement (65) mechanisch zu verstärken. Das Wärmeleitelement (65) weist zwei Gelenke in Form von Biegeelementen (60) auf.

Description

LAGERELEMENT UND SYSTEM ZUM LAGERN EINES OPTISCHEN ELEMENTS
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Lagerelement für ein Lagersystem zum Lagern eines optischen Elements, mit a) einem ersten Koppelende, an dem es mit dem optischen Element koppelbar ist; b) einem zweiten Koppelende, an dem es mit einer Tragstruktur koppelbar ist; wobei c) das Lagerelement eine Bipodeinheit mit wenigstens einer Trageinheit umfasst, welche sich zwischen dem ersten Koppelende und dem zweiten Koppelende erstreckt; d) die Trageinheit ein Stützelement, welches überwiegend eine Stützfunktion hat, und wenigstens ein Funktionselement umfasst, welches im Vergleich zu dem Stützelement überwiegend eine andere Funktion als eine Stützfunktion hat.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein System zum Lagern eines optischen Elements in Halbleiterreinräumen oder im Vakuum, insbesondere in einer Beleuchtungseinrichtung oder einem Projektionsobjektiv für eine mikrolithographische EUV- Projektionsbelichtungsanlage, mit wenigstens einem Lagerelement, welches jeweils an einem ersten Koppelende mit dem optischen Element und an einem zwei-
BESTÄTIGUNGSKOPIE ten Koppelende mit einer Tragstruktur koppelbar ist. 2. Beschreibung des Standes der Technik
Mittels mikrolithographischer Proj ektionsbelichtungsanlagen werden Strukturen, die auf einer Maske angeordnet sind, auf eine lichtempfindliche Schicht wie beispielsweise einen Photolack oder dergleichen übertragen. Hierzu umfasst die Pro- jektionsbelichtungsanlage eine Beleuchtungseinrichtung mit einer Lichtquelle und einem Beleuchtungssystem, welches von der Lichtquelle erzeugtes Projektionslicht aufbereitet und auf die Maske richtet. Die von der Beleuchtungseinrichtung beleuchtete Maske wird durch ein Projektionsobjektiv auf die lichtempfindliche Schicht abgebildet.
Je kürzer die Wellenlänge des Projektionslichtes ist, desto kleinere Strukturen lassen sich mit Hilfe der Projektionsbe- lichtungsanlage auf der lichtempfindlichen Schicht definieren. Aus diesem Grund wird heutzutage vermehrt Projektionslicht im extremen ultravioletten Spektralbereich, also so genannte EUV-Strahlung, verwendet, dessen mittlere Wellenlänge bei 13,5 nm liegt. Derartige Projektionsbelichtungsan- lagen werden daher häufig kurz als EUV-Proj ektionsbelichtungsanlagen bezeichnet.
Da es keine optischen Materialien gibt, die für derart kurze Wellenlängen ein ausreichend hohes Transmissionsvermögen haben, umfasst eine EUV-Projektionsbelichtungsanlage reflektierende optische Elemente in Form von Spiegeln. Mittels der in der Beleuchtungseinrichtung der EUV-Projektionsbelich- tungsanlage angeordneten Spiegel wird das Projektionslicht auf die Maske gelenkt und diese ausgeleuchtet. Mit Hilfe der Spiegel des zugehörigen Projektionsobjektivs wird entsprechend die ausgeleuchtete Maske auf die lichtempfindliche Schicht abgebildet. Um dies jeweils mit der erforderlichen Genauigkeit zu bewirken, müssen die Spiegel in allen sechs Freiheitsgraden präzise ausgerichtet sein.
Für eine präzise Ausrichtung und Lagerung von Spiegeln in einem Projektionsobjektiv sind unter anderen Hexapod-Systeme bekannt, bei denen ein optisches Element mit Hilfe von drei Bipoden an einer Tragstruktur gelagert wird. Die Bipoden umfassen zwei der eingangs genannten Trageinheiten und haben bei der Lagerung des optischen Elements meist zugleich die Aufgabe, neben der Stützfunktion wenigstens eine weitere Funktion auszuüben. Hierzu zählt vorrangig die weitere Funktion, Wärme von dem optischen Element an die Tragstruktur abzuleiten, von wo die Wärme schließlich abgeführt werden kann. Aber auch eine elektrische Isolation zwischen der Tragstruktur und dem optischem Element oder dessen Kühlung kann als weitere Funktion der Bipoden gewünscht oder erforderlich sein.
Das Innere einer EUV-Beleuchtungseinrichtung oder eines EUV- Projektionsobjektivs ist üblicherweise evakuiert, insbesondere herrscht dort ein Hochvakuum. Aus diesem Grund - und grundsätzlich, wenn eine Beleuchtungseinrichtung in einem Halbleiterreinraum eingesetzt wird - ist der Einsatz von Antriebsmitteln zur Änderungen der Lage eines Spiegels, z.B. in Form von Aktuatoren, Mikrometerschrauben oder auch Differentialgewindevorrichtung, nicht oder nur sehr eingeschränkt möglich. Bei Aktuatoren sind in der Regel aufwendige Einkap- seiungen notwendig, um ein Ausgasen von Aktuatormaterialien zu verhindern. Auch hier werden Hexapod-Systeme für eine präzise Ausrichtung und Lagerung von Spiegeln eingesetzt.
Die Tragstruktur ist in der Regel stationär in dem Gehäuse der Beleuchtungseinrichtung oder des Projektionsobjektivs installiert und kann auch durch das Gehäuse oder einen Rahmen der Beleuchtungseinrichtung oder des Projektionsobjektivs selbst ausgebildet sein.
Insbesondere bei EUV-Systemen herrschen höhere Betriebstemperaturen, weshalb es im Betrieb an den Bipoden zu Temperaturveränderungen kommen kann, die auf Grund einer Wärmeausdehnung des Bipodenmaterials eine Längenveränderung der Trageinheiten der Bipoden verursachen kann. Darüber hinaus können Längenveränderungen an den Bipoden auch zu Starrkörperverschiebungen und zu Deformationen des optischen Elements führen.
Insgesamt wird dadurch die Lage und Orientierung des mit de Bipoden gekoppelten optischen Elements im Raum verändert, wodurch die geforderte genaue Ausrichtung der Komponenten nicht mehr gewährleistet ist.
Das Ausmaß der Längenveränderung der Bipoden ist dabei maßgeblich von dem Material der Bipoden und dessen Wärmeausdeh nungskoeffizient abhängig, der nachfolgend auch als CTE (Coefficient of Thermal Expansion) bezeichnet wird und sowohl den Längenausdehnungskoeffizienten als auch den Raumausdehnungskoeffizienten berücksichtigen soll.
Es gibt Ansätze, die Bipoden hauptsächlich aus einem Keramikmaterial mit geringem CTE im Betriebstemperaturbereich der Projektionsbelichtungsanlagen zu fertigen. Dabei sind lediglich Biegebereiche der Bipoden aus einem metallischen Material hergestellt. Das heißt, in diesem Fall ist die Trageinheit zwischen dem ersten und dem zweiten Koppelende des Lagerelements aus solchem Keramikmaterial gefertigt und über metallische Biegeelemente an gegenüberliegenden Enden mit den Koppelenden des Lagerelements verbunden. Aufgrund der schlechten Wärmeleitfähigkeit von Keramikmaterialien kann dann jedoch keine oder nur noch eine sehr geringe Wärmemenge von dem optischen Element an die Tragstruktur abgeleitet werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Lagerelement sowie ein System der eingangs genannten Art zu schaffen, welche diesen Gedanken Rechnung tragen.
Diese Aufgabe wird bei einem Lagerelement der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass e) das Funktionselement ein Wärmeleitelement ist und das
Stützelement und das Wärmeleitelement in einem Betriebstemperaturbereich derart unterschiedliche Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten haben, dass das Wärmeleitelement im Vergleich zu dem Stützelement überwiegend eine Wärmeleit- funktion hat; f) das Stützelement von dem Wärmeleitelement getragen ist, um das Wärmeleitelement mechanisch zu verstärken; g) das Wärmeleitelement zwei Gelenke in Form von Biegeelementen aufweist; h) das Wärmeleitelement aus einem Metallmaterial, insbesondere aus einer Legierung aus 64% Eisen und 36% Nickel, und das Stützelement aus einem Keramikmaterial, insbesondere aus Zerodur® oder einem Cordierit, ist.
Wie bei den eingangs erläuterten und etablierten Bipoden um- fasst das Lagerelement eine Bipodeinheit mit einer ersten Trageinheit und einer zweiten Trageinheit. Die Erfindung be- ruht auf der Erkenntnis, dass verschiedene von der Trageinheit zu erfüllende Aufgaben voneinander entkoppelt werden und durch unterschiedliche Bauteile bewirkt werden können, ohne dass dies die präzise Ausrichtung und Lagerung des optischen Elements negativ beeinflusst.
Das Wärmeleitelement tragt das Stützelement, so dass das Stützelement eine Art mechanische Verstärkung des Wärmeleitelements bildet.
Wie eingangs angesprochen, ist es insbesondere wichtig, Wärme von dem optischen Element abzuleiten. Daher ist das Funktionselement ein Wärmeleitelement, wobei das Stützelement und das Wärmeleitelement in einem Betriebstemperaturbereich derart unterschiedliche Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten haben, dass das Wärmeleitelement im Vergleich zu dem Stützelement überwiegend eine Wärmeleitfunktion hat. Dies eröffnet die Möglichkeit, eine temperaturabhängige Längenänderung insbesondere der Trageinheit des Lagerelements zu verringern und zugleich sicherzustellen, dass eine ausreichende Wärmemenge von dem optischen Element abgeleitet werden kann.
Bei bekannten Lagerelementen wird das Ableiten von Wärme von dem optischen Element zugleich durch das Stützelement bewirkt. Es ist jedoch wünschenswert, dass das Stützelement möglichst keine Längenänderungen bei Temperaturänderungen erfährt. Dies kann zwar erreicht werden, wenn das Stützelement aus Materialien mit kleinem CTE gefertigt ist. Dann ist jedoch in der Regel auch die Wärmeleitfähigkeit nur gering. Erfindungsgemäß kann nun dennoch für das Stützelement ein solches Material gewählt werden, da die Wärmeübertragung unabhängig durch das Wärmeleitelement sichergestellt ist.
Es hat sich insbesondere als effektiv erwiesen, wenn das Wärmeleitelement aus einem Metallmaterial, insbesondere aus einer Legierung aus 64% Eisen und 36% Nickel, und das Stützelement aus einem Keramikmaterial, insbesondere aus Zerodur® oder einem Cordierit, ist.
Insbesondere bei der Verwendung von Keramikmaterialien für das Stützelement ist das Lagerelement auch unempfindlicher gegen magnetische Felder, so dass Deformationen durch Magnetostriktion geringer ausfallen können.
Vorzugsweise unterscheiden sich das Stützelement und das Wärmeleitelement in ihren für die Funktion relevanten Eigenschaften wenigstens um den Faktor 5. Relevante Parameter sind dabei insbesondere die Steifigkeit, das Elastizitätsmodul, der elektrische Widerstand, der thermische Widerstand oder die Wärmeleitfähigkeit.
Es ist günstig, wenn das Stützelement einen Brückenteil um- fasst, welcher sich zwischen wenigstens einem ersten Befestigungsbereich und einem zweiten Befestigungsbereich des Lagerelements erstreckt.
Für eine effektive Funktion ist es von Vorteil, wenn das Wärmeleitelement den ersten und den zweiten Befestigungsbereich für den Brückenteil bereitstellt.
Vorzugsweise bilden das Stützelement und das Wärmeleitelement eine Parallelstruktur aus.
Die Lagestabilität des optischen Elements kann verbessert werden, wenn Entkopplungsmittel vorhanden sind, durch welche Änderungen der Länge und/oder des Volumens des Stützelements oder des Wärmeleitelements von dem jeweils anderen Element entkoppelt sind. Insbesondere sollen sich im Falle eines Wärmeleitelements dort erzeugte Längenänderungen nicht auf das Stützelement auswirken, welches hauptsächlich die Lage und Ausrichtung des optischen Elements bestimmt.
Dies kann vorteilhaft dadurch bewirkt werden, dass die Entkopplungsmittel durch Gelenkbereiche des Stützelements oder des Wärmeleitelements ausgebildet sind.
Es ist außerdem günstig, wenn Kühlmittel vorhanden sind, um das Lagerelement zu kühlen.
Die Kühlmittel sind dabei vorzugsweise durch Kühlrippen am Stützelement bereitgestellt. Alternativ kann auch eine aktive Kühlung mit Hilfe eines Kühlmittels vorgesehen sein.
Bei einem System zum Lagern eines optischen Elements der eingangs genannten Art wird die oben angegeben Aufgabe dadurch gelöst, dass das wenigstens eine Lagerelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist. Folglich weist das Lagerelement einige oder alle der oben erläuterten Merkmale mit den dazu genannten Vorteilen auf.
Dabei ist es besonders günstig, wenn drei ein Hexapod bildende Bipodeinheiten vorhanden sind.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:
Figur 1 eine perspektivische Ansicht einer schematischen mikrolithographischen EUV-Projektionsbelichtungs- anlage mit einer Beleuchtungseinheit und einem Projektionsobjektiv; Figur 2 einen Teilschnitt der EUV-Projektionsbelich- tungsanlage von Figur 1, wobei bei der Beleuchtungseinheit schematisch zwei Lagereinrichtungen gezeigt sind, die jeweils einen Spiegel tragen;
Figur 3 eine schematische perspektivische Ansicht einer als
Hexapod ausgebildeten Lagereinrichtung von Figur 2 mit drei Bipodeinheiten;
Figur 4 eine perspektivische Detailansicht einer Bipodein- heit mit zwei Trageinheiten, die jeweils ein Stützelement und ein Wärmeleitelement umfassen;
Figur 5 eine perspektivische Detailansicht der Bipodeinheit ohne Stützelemente;
Figur 6 eine perspektivische Detailansicht einer abgewandelten Bipodeinheit mit Kühlmitteln.
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
In Figur 1 ist schematisch eine mikrolithographische EUV- Projektionsbelichtungsanlage 10 gezeigt, welche eine Beleuchtungseinrichtung 12 und ein Projektionsobjektiv 14 um- fasst .
Mit dem Projektionsobjektiv 14 werden reflektierende Strukturen 16, die auf einer Maske 18 angeordnet sind, auf eine lichtempfindliche Schicht 20 übertragen. Die lichtempfindliche Schicht 20 ist meist ein Photolack und befindet sich auf einem Wafer 22 oder einem anderen Substrat.
Zur Übertragung der reflektierenden Strukturen 16 der Maske 18 auf die lichtempfindliche Schicht 20 wird die Maske 18 mittels der Beleuchtungseinrichtung 12 mit EUV-Strahlung 24 beleuchtet. Die Beleuchtungseinrichtung 12 erzeugt EUV- Strahlung, welche beim vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Mittenwellenlänge von 13,5 nm und eine spektrale Halbwertsbreite von etwa 1% hat, so dass der größte Teil der die Beleuchtungseinrichtung 12 verlassenden EUV-Strahlung 24 Wellenlängen zwischen 13,36 nm und 13,64 nm hat.
Die Beleuchtungseinrichtung 12 leuchtet auf der Unterseite der Maske 18 ein stationäres Feld 26 aus, welches beim vorliegenden Ausführungsbeispiel einem Ringsegment entspricht. Das Projektionsobjektiv 14 erzeugt auf dem Wafer 22 ein verkleinertes Bild 28 der Strukturen 16, die auf der Maske 18 im Feld 26 ausgeleuchtet werden.
Das Projektionsobjektiv 14 ist für einen Scanbetrieb ausgelegt, bei dem die Maske 18 und der Wafer 22 in an und für sich bekannter Art und Weise mit durch den Abbildungsmaßstab des Projektionsobjektivs 14 vorgegebenen Geschwindigkeiten gegenläufig bewegt werden. Dies ist in den Figuren 1 und 2 durch die Pfeile PI und P2 angedeutet.
Die Beleuchtungseinrichtung 12 umfasst ein Gehäuse 30, in dem eine in Figur 2 zu erkennende Lichtquelle 32 für die EUV-Strahlung 24 angeordnet ist. Die von der Lichtquelle 32 erzeugte EUV-Strahlung 24 wird mittels optischer Elemente in Form von Spiegeln 34 auf die Maske 18 projiziert. In der stark schematischen Darstellung von Figur 2 sind lediglich zwei Spiegel 34 und kein Zwischenfokus gezeigt.
Jeder Spiegel 34 ist mit einer ihm zugeordneten Lagereinrichtung 36 verbunden, die im Gehäuse 30 angeordnet ist und dazu dient, den jeweiligen Spiegel 34 derart im Raum auszurichten und zu halten, dass die EUV-Strahlung 24 mit der erforderlichen Genauigkeit auf das Feld 26 zur Ausleuchtung der Maske 18 trifft. Entsprechende Spiegel 34 mit jeweils einer Lagereinrichtung 36 befinden sich auch im Projektionsobjektiv 14. Mittels der dortigen Lagereinrichtungen 36 werden die Spiegel 34 des Projektionsobjektivs 14 derart im Raum ausgerichtet, dass die EUV-Strahlung 24 mit der erforderlichen Genauigkeit auf den Wafer 22 trifft. Die nachfolgenden Erläuterungen gelten dementsprechend für Spiegel 34 und Lagereinrichtungen 36 sowohl der Beleuchtungseinrichtung 12 als auch des Projektionsobjektivs 14.
Eine solche Lagereinrichtung 36 ist stark schematisch in Figur 3 gezeigt und umfasst eine Tragstruktur 38, die beim vorliegenden Ausführungsbeispiel als Grundplatte 40 ausgebildet ist. Das optische Element, d.h. vorliegend der Spiegel 34, ist über Lagerelemente 42 mit der Grundplatte 40 gekoppelt. Die Lagerelemente 42 sind als Bipodeinheit 44 ausgebildet, von denen drei ein Hexapod-System 46 definieren, das somit von der Tragstruktur 38 getragen ist. Die drei Bi- podeinheiten 44 sind vorzugsweise baugleich und vorzugsweise an den Eckpunkten eines gleichseitigen Dreiecks positioniert .
Diese Bipodeinheiten 44 umfassen ihrerseits jeweils eine erste Trageinheit 48 und eine zweite Trageinheit 50, die an einem Ende über einen als erstes Koppelende 52 wirkenden gemeinsamen Lagersockel 54 zu einer V-förmigen Anordnung und mit dem Spiegel 34 verbunden sind. Somit umfassen die Trageinheiten 48, 50 jeweils den Lagersockel 54 als erstes
Koppelende 52 und bilden einen Schenkel des "V".
An einem von dem Lagersockel 54 abliegenden zweiten Koppelende 56 sind die Trageinheiten 48, 50 jeweils mit der Grundplatte 38 gekoppelt. Das jeweilige zweite Koppelende 56 ist in den Figuren 4 bis 6 in Form eines Verbindungssockels 58 zu erkennen.
Die Lagerelemente 42 in Form der Bipodeinheiten 44 werden nun zunächst mit Bezug auf die Figuren 4 und 5 und anhand der ersten Trageinheit 48 beschrieben. Das hierzu Gesagte gilt für die zweite Trageinheit 50 sinngemäß entsprechend.
Wie in den Figuren 4 und 5 zu erkennen ist, erstreckt sich die Trageinheit 48 zwischen dem ersten Koppelende 52 und dem ihr zugeordneten zweiten Koppelende 56 und ist mit jedem Koppelende 52 bzw. 56 über Gelenke in Form von Biegeelementen 60 beweglich verbunden, so dass dort jeweils ein Biegebereich 62 der Bipodeinheit 44 definiert ist.
Die Trageinheit 48 umfasst ein Funktionselement 64 und ein Stützelement 66. Diese haben in einem Betriebstemperaturbereich derart unterschiedliche Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten dass das Funktionselement 64 ein Wärmeleitelement 65 ist und im Vergleich zu dem Stützelement 66 überwiegend eine Wärmeleitfunktion hat.
Hierzu ist das Wärmeleitelement 65 aus einem Metallmaterial gebildet. Es liegt als metallischer Wärmeleitarm 68 vor, der beim vorliegenden Ausführungsbeispiel die Form eines Metallstreifens 70 hat.
Als Metallmaterial kommen insbesondere eine unter dem Markennamen Invar® bekannte Eisen-Nickel-Legierung mit 64% Eisen und 36% Nickel oder auch hierauf basierende Legierungen in Betracht. Letztere können beispielsweise einen Cobaltan- teil aufweisen.
Das Stützelement 66 hat dementsprechend im Vergleich zu dem Wärmeleitelement 65 überwiegend eine Stützfunktion. Das Stützelement 66 ist aus einem Keramikmaterial gefertigt, wo- bei insbesondere so genannte "Null-CTE-Keramiken" wie die Glaskeramik Zerodur® oder Cordierit in Frage kommen, die einen besonders kleinen Wärmeausdehnungskoeffizienten haben. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel trägt der Leitarm 68 das Stützelement 66. Die Biegeelemente 60 zum Lagersockel 54 und zum Verbindungssockel 58 sind mit dem Leitarm 68 verbunden . Das Stützelement 66 bildet gleichsam eine mechanische Verstärkung des Wärmeleitelements 65 in Form des Leitarms 68; das Wärmeleitelement hat im Vergleich zu dem Stützelement 66 neben dem größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten ein kleineres Elastizitätsmodul.
Bei bekannten Lagerelementen fehlt eine solche Verstärkung und es ist nur das hier als Wärmeleitelement 65 wirkende Funktionselement 64 vorhanden, das dann folglich auch allein die Stützfunktion für das optische Element 34 bietet.
Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst das Stützelement 66 einen Brückenteil 72, welcher sich zwischen einem ersten Befestigungsbereich 74 und einem zweiten Befestigungsbereich 76 des Lagerelements 42 erstreckt. Diese Befes- tigungsbereiche 74, 76 werden von dem Leitarm 68 bereitgestellt. Dort können der Leitarm 68 und der Brückenteil 72 durch Schrauben, Bonden oder Klemmen aneinander befestigt werden. Bei einer Abwandlung kann auch das Stützelement 66 das Funktionselement 64 tragen, wobei letzteres dann in entsprechender Weise an dem Stützelement 66 befestigt sein kann.
Die Längsachsen des Leitarms 68 und des Brückenteils 72 ver- laufen in dieselbe Richtung, so dass das Wärmeleitelement 65 und das Stützelement 66 insgesamt eine Parallelstruktur 78 ausbilden. Abgesehen von der Geometrie in den Befestigungsbereichen 74 und 76 verlaufen das erste und das Stützelement 64, 66 somit weitgehend parallel.
Im Betrieb verändert sich abhängig von der herrschenden Temperatur und den jeweiligen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Bauteile die Länge und/oder das Volumen des Wärmeleitelements 64 und des Stützelements 66 in unterschiedlichem Maße. Wenn die Kraft, die durch solche Längen- und oder Volumenänderungen auf die Befestigungsbereiche 74 und 76 wirkt, zu groß ist, kann es zu einem mechanischen Bruch zwischen dem Stützelement 66 und dem Wärmeleitelement 65 an den Befestigungsbereichen 74, 76 kommen. Um dies zu verhindern, sind nur in Figur 5 gezeigte Entkopplungsmittel 80 vorhanden, durch welche Änderungen der Länge und/oder des Volumens des Stützelements 66 oder des Wärmeleitelements 64 von dem jeweils anderen Element entkoppelt sind.
Hierzu umfasst das Wärmeleitelement 65 zwei Gelenkbereiche 82, die dessen Ausweichen in radiale Richtung bezogen auf die Längsachse des Wärmeleitelements 65 ermöglichen, die in Figur 5 als gestrichelte Linie ohne Bezugszeichen angedeutet ist. Die Gelenkbereiche 82 sind bei dem Metallstreifen 70 konkret durch radiale Schlitze 84 erzeugt, die aus gegenüberliegenden Richtungen von radial außen in den Metallstreifen 70 eingearbeitet sind, so dass an seitlichen Randbereichen der gegenüberliegenden Ränder des Metallstreifens 70 nur noch in den Gelenkbereichen 82 Material stehen bleibt.
Wenn sich der Metallstreifen 70 nun in Richtung zwischen den Befestigungsbereichen 74, 76 längt, können die Gelenkbereiche 82 jeweils in die von den Schlitzen 84 abliegende Richten wandern, so dass der Metallstreifen 70 sich drehen kann, ohne dass sich der Abstand zwischen den Befestigungsberei- chen 74, 76 ändert.
Bei diese Ausbildung kann bei einer Materialkombination von Invar® mit 64% Eisen und 36% Nickel für das Wärmeleitelement
65 und Zerodur® für das Stützelement 66 eine Wärmeausdehnung der Funktionseinheiten 48, 50 erreicht werden, die etwa 60% geringer ist als ohne die Verstärkung durch das Stützelement
66 aus Zerodur®.
Figur 6 zeigt nun ein abgewandeltes Lagerelement 42, bei dem ergänzend Kühlmittel 86 vorhanden sind, um dieses zu kühlen. Beim in Figur 6 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Kühlmittel 86 als passive Kühlung konzipiert. Hierzu trägt das Stützelement 66 mehrere Kühlrippen 88, von denen lediglich zwei ein Bezugszeichen tragen.
Alternativ kann die Kühlung der Lagerelemente 42 auch durch eine aktive Kühleinrichtung mit Hilfe eines Kühlmediums bewirkt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Lagerelement für ein Lagersystem zum Lagern eines optischen Elements, mit a) einem ersten Koppelende (52), an dem es mit dem optischen Element (34) koppelbar ist; b) einem zweiten Koppelende (56) , an dem es mit einer Tragstruktur (38) koppelbar ist; wobei c) das Lagerelement (42) eine Bipodeinheit (44) mit wenigstens einer Trageinheit (48, 50) umfasst, welche sich zwischen dem ersten Koppelende (52) und dem zweiten Koppelende (56) erstreckt; d) die Trageinheit (48, 50) ein Stützelement (66), welches überwiegend eine Stützfunktion hat, und wenigstens ein Funktionselement (64) umfasst, welches im Vergleich zu dem Stützelement (66) überwiegend eine andere Funktion als eine Stützfunktion hat, dadurch gekennzeichnet, dass e) das Funktionselement (64) ein Wärmeleitelement (65) ist und das Stützelement (66) und das Wärmeleitelement (65) in einem Betriebstemperaturbereich derart unterschiedliche Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten haben, dass das Wärmeleitelement (65) im Vergleich zu dem Stützelement (66) überwiegend eine Wärmeleitfunktion hat; f) das Stützelement (66) von dem Wärmeleitelement (65) getragen ist, um das Wärmeleitelement (65) mechanisch zu verstärken; g) das Wärmeleitelement (65) zwei Gelenke in Form von Biegeelementen (60) aufweist; h) das Wärmeleitelement (65) aus einem Metallmaterial, insbesondere aus einer Legierung aus 64% Eisen und 36% Nickel, und das Stützelement (66) aus einem Keramikmaterial, insbesondere aus Zerodur® oder einem Cordierit, ist.
Lagerelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Stützelement (66) und das Wärmeleitelement (65) in ihren für ihre Funktion relevanten Eigenschaften, insbesondere der Steifigkeit, dem Elastizitätsmodul, dem elektrischen Widerstand, dem thermischen Widerstand oder der Wärmeleitfähigkeit, wenigstens um den Faktor 5 unterscheiden.
Lagerelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (66) einen Brückenteil (72) umfasst, welcher sich zwischen wenigstens einem ersten Befestigungsbereich (74) und einem zweiten Befestigungsbereich (76) des Lagerelements (42) erstreckt.
Lagerelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitelement (65) den ersten und den zweiten Befestigungsbereich (74, 76) für den Brückenteil (72) bereitstellt.
Lagerelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (66) und das Wärmeleitelement (65) eine Parallelstruktur (78) ausbilden.
6. Lagerelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Entkopplungsmittel (80) vorhanden sind, durch welche Änderungen der Länge und/oder des Volumens des Stützelements (66) oder des Wärmeleitelements (65) von dem jeweils anderen Element (65, 66) entkoppelt sind.
7. Lagerelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Entkopplungsmittel (80) durch Gelenkbereiche (82) des Stützelements (66) oder des Funktionselements (64) ausgebildet sind.
8. Lagerelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Kühlmittel (86) vorhanden sind, um das Lagerelement (42) zu kühlen.
9. Lagerelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittel (86) durch Kühlrippen (88) am Stützelement (66) bereitgestellt sind.
10. System zum Lagern eines optischen Elements (34) in
Halbleiterreinräumen oder im Vakuum, insbesondere in einer Beleuchtungseinrichtung oder einem Projektionsobjektiv für eine mikrolithographische EUV-Projektionsbe- lichtungsanlage, mit wenigstens einem Lagerelement (42), welches jeweils an einem ersten Koppelende (52) mit dem optischen Element (34) und an einem zweiten Koppelende (56) mit einer Tragstruktur (38) koppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Lagerelement (42) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist.
System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass drei ein Hexapod bildende Bipodeinheiten (44) vorhanden sind.
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