WO2024008360A1 - Optisches element und projektionsbelichtungsanlage für die halbleiterlithographie - Google Patents

Optisches element und projektionsbelichtungsanlage für die halbleiterlithographie Download PDF

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WO2024008360A1
WO2024008360A1 PCT/EP2023/063765 EP2023063765W WO2024008360A1 WO 2024008360 A1 WO2024008360 A1 WO 2024008360A1 EP 2023063765 W EP2023063765 W EP 2023063765W WO 2024008360 A1 WO2024008360 A1 WO 2024008360A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
optical element
actuator
base body
ring
optical
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/063765
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dieter Bader
Matthias Manger
Markus Raab
Andreas Raba
Original Assignee
Carl Zeiss Smt Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Carl Zeiss Smt Gmbh filed Critical Carl Zeiss Smt Gmbh
Publication of WO2024008360A1 publication Critical patent/WO2024008360A1/de

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • 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
    • G03F7/70216—Mask projection systems
    • G03F7/70258—Projection system adjustments, e.g. adjustments during exposure or alignment during assembly of projection system
    • G03F7/70266—Adaptive optics, e.g. deformable optical elements for wavefront control, e.g. for aberration adjustment or correction

Definitions

  • the invention relates to an optical element according to the preamble of claim 1 and a projection exposure system for semiconductor lithography equipped with a corresponding optical element.
  • microscopically small structures are imaged onto a wafer coated with photoresist using photolithographic processes, starting from a mask as a template.
  • desired structures such as memory or logic elements are created on the wafer, which is then divided into individual chips for use in electronic devices.
  • the optical elements used are designed to be movable or deformable in order to be able to correct the aforementioned imaging errors during operation of the system.
  • mechanical actuators are generally used, which can, for example, be suitable for specifically deforming the surface of an optical element that is used for imaging, i.e. the so-called optical effective surface. This deformation can be carried out from the back of a base body of the corresponding optical element.
  • a regular challenge when arranging the actuators on the back of the base body is to create a reliable mechanical connection between the actuator and base body, which ensures, on the one hand, ease of manufacture and, on the other hand, the least possible negative influence of the connection technology on the optical performance of the corresponding optical element should.
  • the object of the present invention is to provide an optical element and a projection exposure system for semiconductor lithography, in which a simplified arrangement of actuators for the mechanical manipulation of optical elements is implemented.
  • An optical element according to the invention for a projection exposure system for semiconductor lithography comprises a base body and at least one actuator connected to the base body, the actuator being designed as a ring actuator.
  • the ring actuator can be connected to the base body via a connection geometry.
  • the actuator can be designed as a solid-state actuator, for example as a piezo actuator or electrostrictive actuator. It serves to deform the base body and thus also to deform the optical effective surface in order to produce a desired surface course of the optical effective surface in order to achieve a corresponding optical effect.
  • the optical element can in particular be a multilayer mirror in a projection exposure system for semiconductor lithography.
  • a ring actuator is to be understood as meaning an annular actuator, which in particular can have a substantially hollow cylindrical basic shape. This choice of geometry of the actuator results in significant advantages in terms of the ability to integrate or connect the actuator to the base body.
  • connection geometry can be designed as a pin arranged on the base body, onto which the ring actuator can easily be pushed.
  • the base body and the pin can in particular be designed monolithically, i.e. in one piece, but it is also conceivable that the base body and the pin are connected to one another in a materially bonded manner. Furthermore, positive locking and frictional locking are also conceivable.
  • connection geometry can be designed as a recess arranged in the base body, which is adapted to the external geometry of the ring actuator.
  • the contact surface of the ring actuator to the connection geometry of the base body can be conical, just as the contact surface of the connection geometry of the base body to the ring actuator can be conical. This measure simplifies the assembly of the actuator on or in the connection geometry.
  • the assembly itself can be done by thermal shrinking or shrink-fitting; Other assembly techniques, such as forward steering of the actuator by applying a voltage, are also conceivable.
  • connection geometry of the ring actuator includes a suitably designed mechanical transmission area, the actuator effect can be further improved.
  • the transmission area can be designed in such a way that it reduces the rigidity acting against the deflection of the ring actuator, so that the force to be applied by the actuator can remain moderate.
  • the ring actuator is arranged between the base body and a support structure.
  • the support structure can include a connection geometry corresponding to the ring actuator, thereby creating a simple connection option for the actuator with the support structure.
  • the ring actuators can be connected to a connection geometry designed as pins or recesses in the base body and in the support structure.
  • both extensions of the actuator can contribute to the deformation of the optical effective surface.
  • the base body can be connected to the fixed world and the support structure can only be connected to the base body via the actuators. It is also conceivable that the support structure is connected to the fixed world and the base body is held via the actuators. A connection between the base body and the support structure is also conceivable.
  • the ring actuator is integrated into the support structure.
  • the entire support structure can be made of a piezoelectric material and the actuators can be realized by integrating a suitable electrode geometry into the support structure.
  • the electrodes and the actuator material of the ring actuators are aligned radially or axially in layers, preferred actuation directions of the ring actuators can be determined.
  • an optical element comprises a sensor for determining the deformation of an optical effective surface of the optical element, the sensor being set up to detect a signal which has a correlation with the deformation of the optical Effective area allows.
  • the deformation of the optical effective surface does not necessarily have to be measured directly. It is sufficient to record a signal from which the deformation of the optical effective surface can be concluded.
  • the senor comprises an interferometer, in particular a Fabry-Perot interferometer.
  • Interferometers advantageously combine the possibilities of extremely precise and non-contact measurements.
  • both the base body and the connection geometry comprise comparatively precisely manufactured optical surfaces, which can be used as reflection surfaces for the interferometer.
  • the measurement technology described is in principle suitable for a wide variety of optical elements, in particular optical elements as described in the present application;
  • the optical element can therefore be, for example, a deformable mirror.
  • the deformable mirror can be a force-actuated mirror. Furthermore, the deformable mirror can be a solid-state actuated mirror.
  • An actuation direction of the actuator can be aligned normal to a contact surface of the actuator with the optical element; additionally or alternatively, an actuation direction of the actuator can also be aligned parallel to a contact surface of the actuator with the optical element.
  • ring actuators are used, the geometry of such actuators can advantageously be exploited in such a way that the sensor detects the deformation of the optical effective surface through the center of a ring actuator. This has the advantage that measurements can be carried out comparatively close to the area of interest.
  • piezo actuators can be used to implement the invention, for example, which can act bidirectionally, i.e. when the polarity of the control signal changes, their respective direction of expansion also changes.
  • Piezo actuators made of monocrystalline lithium niobate (LiNbOs), for example, are suitable for such applications.
  • FIG. 1 shows a schematic meridional section of a projection exposure system for EUV projection lithography
  • FIG. 2 shows a schematic meridional section of a projection exposure system for DUV projection lithography
  • Figure 3 shows a ring actuator in three different operating states to explain how it works
  • FIGS 5a-c embodiments of an optical element according to the invention show a schematic representation of the invention to explain
  • Figures 7a, b show an embodiment of the invention using a pin
  • Figures 8a, b show an embodiment of the invention using a recess
  • Figures 9a, b show an embodiment of the invention with a mechanical transmission area
  • Figures 10a, b show a further embodiment of the invention with a mechanical transmission area
  • Figure 11 a, b an embodiment of the invention with a support structure
  • Figure 12 shows an embodiment of the invention with integrated actuators
  • Figures 13a, b show an embodiment of the invention using a sensor
  • Figure 14 shows a schematic diagram for controlling a ring actuator for assembly.
  • a lighting system 2 of the projection exposure system 1 has, in addition to a radiation source 3, lighting optics 4 for illuminating an object field 5 in an object plane 6.
  • the light source 3 can also be provided as a module separate from the other lighting system.
  • the lighting system does not include the light source 3.
  • a reticle 7 arranged in the object field 5 is illuminated.
  • the reticle 7 is held by a reticle holder 8.
  • the reticle holder 8 can be displaced in particular in a scanning direction via a reticle displacement drive 9.
  • FIG. 1 A Cartesian xyz coordinate system is shown in FIG. 1 for explanation purposes.
  • the x direction runs perpendicular to the drawing plane.
  • the y-direction is horizontal and the z-direction is vertical.
  • the scanning direction in FIG. 1 runs along the y-direction.
  • the z direction runs perpendicular to the object plane 6.
  • the projection exposure system 1 includes projection optics 10.
  • the projection optics 10 is used to image the object field 5 into an image field 11 in an image plane 12.
  • the image plane 12 runs parallel to the object plane 6. Alternatively, an angle other than 0 ° is also between the object plane 6 and the Image level 12 possible.
  • a structure on the reticle 7 is imaged on a light-sensitive layer of a wafer 13 arranged in the area of the image field 11 in the image plane 12.
  • the wafer 13 is held by a wafer holder 14.
  • the wafer holder 14 can be displaced in particular along the y direction via a wafer displacement drive 15.
  • the displacement, on the one hand, of the reticle 7 via the reticle displacement drive 9 and, on the other hand, of the wafer 13 via the wafer displacement drive 15 can take place in synchronization with one another.
  • the radiation source 3 is an EUV radiation source.
  • the radiation source 3 emits in particular EUV radiation 16, which is also referred to below as useful radiation, illumination radiation or illumination light.
  • the useful radiation in particular has a wavelength in the range between 5 nm and 30 nm.
  • the radiation source 3 can be a plasma source, for example an LPP source (Laser Produced Plasma) or a DPP source. Source (Gas Discharged Produced Plasma, plasma produced by gas discharge). It can also be a act as a synchrotron-based radiation source.
  • the radiation source 3 can be a free electron laser (FEL).
  • the illumination radiation 16, which emanates from the radiation source 3, is focused by a collector 17.
  • the collector 17 can be a collector with one or more ellipsoidal and/or hyperboloid reflection surfaces.
  • the at least one reflection surface of the collector 17 can be in grazing incidence (Grazing Incidence, Gl), i.e. with angles of incidence greater than 45° compared to the normal direction of the mirror surface, or in normal incidence (Normal Incidence, NI), i.e. with angles of incidence smaller than 45°. with the lighting radiation 16 are applied.
  • Gl grazing Incidence
  • NI normal incidence
  • the collector 17 can be structured and/or coated on the one hand to optimize its reflectivity for the useful radiation and on the other hand to suppress false light.
  • the intermediate focus plane 18 can represent a separation between a radiation source module, having the radiation source 3 and the collector 17, and the illumination optics 4.
  • the lighting optics 4 comprises a deflection mirror 19 and, downstream of it in the beam path, a first facet mirror 20.
  • the deflection mirror 19 can be a flat deflection mirror or alternatively a mirror with an effect that influences the bundle beyond the pure deflection effect.
  • the deflection mirror 19 can be designed as a spectral filter which separates a useful light wavelength of the illumination radiation 16 from false light of a wavelength that deviates from this.
  • the first facet mirror 20 is arranged in a plane of the illumination optics 4, which is optically conjugate to the object plane 6 as a field plane, it is also referred to as a field facet mirror.
  • the first facet mirror 20 includes a large number of individual first facets 21, which are also referred to below as field facets. Some of these facets 21 are shown in FIG. 1 only as examples.
  • the first facets 21 can be designed as macroscopic facets, in particular as rectangular facets or as facets with an arcuate or part-circular edge contour.
  • the first facets 21 can be designed as flat facets or alternatively as convex or concave curved facets.
  • the first facets 21 themselves can also each be composed of a large number of individual mirrors, in particular a large number of micromirrors.
  • the first facet mirror 20 can in particular be designed as a microelectromechanical system (MEMS system).
  • MEMS system microelectromechanical system
  • the illumination radiation 16 runs horizontally, i.e. along the y-direction.
  • a second facet mirror 22 is located downstream of the first facet mirror 20 in the beam path of the illumination optics 4. If the second facet mirror 22 is arranged in a pupil plane of the illumination optics 4, it is also referred to as a pupil facet mirror. The second facet mirror 22 can also be arranged at a distance from a pupil plane of the lighting optics 4. In this case, the combination of the first facet mirror 20 and the second facet mirror 22 is also referred to as a specular reflector. Specular reflectors are known from US 2006/0132747 A1, EP 1 614 008 B1 and US 6,573,978.
  • the second facet mirror 22 comprises a plurality of second facets 23.
  • the second facets 23 are also referred to as pupil facets.
  • the second facets 23 can also be macroscopic facets, which can have, for example, round, rectangular or even hexagonal edges, or alternatively they can be facets composed of micromirrors. In this regard, reference is also made to DE 10 2008 009 600 A1.
  • the second facets 23 can have flat or alternatively convex or concave curved reflection surfaces.
  • the lighting optics 4 thus forms a double faceted system.
  • This basic principle is also known as the honeycomb condenser (fly's eye integrator).
  • the second facet mirror 22 may be arranged tilted relative to a pupil plane of the projection optics 10, as described for example in DE 10 2017 220 586 A1.
  • the second facet mirror 22 is the last beam-forming mirror or actually the last mirror for the illumination radiation 16 in the beam path in front of the object field 5.
  • transmission optics can be arranged in the beam path between the second facet mirror 22 and the object field 5, which contributes in particular to the imaging of the first facets 21 into the object field 5.
  • the transmission optics can have exactly one mirror, but alternatively also two or more mirrors, which are arranged one behind the other in the beam path of the lighting optics 4.
  • the transmission optics can in particular comprise one or two mirrors for perpendicular incidence (NL mirror, normal incidence mirror) and/or one or two mirrors for grazing incidence (Gl mirror, gracing incidence mirror).
  • the lighting optics 4 has exactly three mirrors after the collector 17, namely the deflection mirror 19, the field facet mirror 20 and the pupil facet mirror 22.
  • the deflection mirror 19 can also be omitted, so that the lighting optics 4 then exactly after the collector 17 can have two mirrors, namely the first facet mirror 20 and the second facet mirror 22.
  • the imaging of the first facets 21 into the object plane 6 by means of the second facets 23 or with the second facets 23 and a transmission optics is generally only an approximate image.
  • the projection optics 10 comprises a plurality of mirrors Mi, which are numbered consecutively according to their arrangement in the beam path of the projection exposure system 1.
  • the projection optics 10 comprises six mirrors M1 to M6. Alternatives with four, eight, ten, twelve or another number of mirrors Mi are also possible.
  • the penultimate mirror M5 and the last mirror M6 each have a passage opening for the illumination radiation 16.
  • the projection optics 10 are double-obscured optics.
  • the projection optics 10 has an image-side numerical aperture that is larger than 0.5 and which can also be larger than 0.6 and which can be, for example, 0.7 or 0.75.
  • Reflection surfaces of the mirrors Mi can be designed as free-form surfaces without an axis of rotational symmetry.
  • the reflection surfaces of the mirrors Mi can be designed as aspherical surfaces with exactly one axis of rotational symmetry of the reflection surface shape.
  • the mirrors Mi just like the mirrors of the lighting optics 4, can have highly reflective coatings for the lighting radiation 16. These coatings can be designed as multilayer coatings, in particular with alternating layers of molybdenum and silicon.
  • the projection optics 10 has a large object image offset in the y direction between a y coordinate of a center of the object field 5 and a y coordinate of the center of the image field 11. This object-image offset in the y direction can be approximately as large as a z distance between the object plane 6 and the image plane 12.
  • the projection optics 10 can in particular be anamorphic. In particular, it has different imaging scales ßx, ßy in the x and y directions.
  • a positive magnification ß means an image without image reversal.
  • a negative sign for the image scale ß means an image with image reversal.
  • the projection optics 10 thus leads to a reduction in size in the x direction, that is to say in the direction perpendicular to the scanning direction, in a ratio of 4:1.
  • the projection optics 10 leads to a reduction of 8:1 in the y direction, that is to say in the scanning direction.
  • Image scales are also possible. Image scales of the same sign and absolutely the same in the x and y directions, for example with absolute values of 0.125 or 0.25, are also possible.
  • the number of intermediate image planes in the x and y directions in the beam path between the object field 5 and the image field 11 can be the same or, depending on the design of the projection optics 10, can be different. Examples of projection optics with different numbers of such intermediate images in the x and y directions are known from US 2018/0074303 A1.
  • One of the pupil facets 23 is assigned to exactly one of the field facets 21 to form an illumination channel for illuminating the object field 5. This can in particular result in lighting based on Köhler's principle.
  • the far field is broken down into a large number of object fields 5 using the field facets 21.
  • the field facets 21 generate a plurality of images of the intermediate focus on the pupil facets 23 assigned to them.
  • the field facets 21 are each imaged onto the reticle 7 by an assigned pupil facet 23, superimposed on one another, in order to illuminate the object field 5.
  • the illumination of the object field 5 is in particular as homogeneous as possible. It preferably has a uniformity error of less than 2%.
  • the Field uniformity can be achieved by overlaying different lighting channels.
  • the illumination of the entrance pupil of the projection optics 10 can be geometrically defined by an arrangement of the pupil facets.
  • the intensity distribution in the entrance pupil of the projection optics 10 can be adjusted. This intensity distribution is also referred to as the lighting setting.
  • a likewise preferred pupil uniformity in the area of defined illuminated sections of an illumination pupil of the illumination optics 4 can be achieved by redistributing the illumination channels.
  • the projection optics 10 can in particular have a homocentric entrance pupil. This can be accessible. It can also be inaccessible.
  • the entrance pupil of the projection optics 10 cannot regularly be illuminated precisely with the pupil facet mirror 22.
  • the aperture rays often do not intersect at a single point.
  • an area can be found in which the pairwise distance of the aperture beams becomes minimal.
  • This surface represents the entrance pupil or a surface conjugate to it in local space. In particular, this surface shows a finite curvature.
  • the projection optics have 10 different positions of the entrance pupil for the tangential and sagittal beam paths.
  • an imaging element in particular an optical component of the transmission optics, should be provided between the second facet mirror 22 and the reticle 7. With the help of this optical element the different positions can be determined the tangential entrance pupil and the sagittal entrance pupil are taken into account.
  • the pupil facet mirror 22 is arranged in a surface conjugate to the entrance pupil of the projection optics 10.
  • the field facet mirror 20 is tilted relative to the object plane 6.
  • the first facet mirror 20 is arranged tilted to an arrangement plane that is defined by the deflection mirror 19.
  • the first facet mirror 20 is arranged tilted to an arrangement plane that is defined by the second facet mirror 22.
  • Figure 2 shows a schematic meridional section of another projection exposure system 101 for DUV projection lithography, in which the invention can also be used.
  • the structure of the projection exposure system 101 and the principle of the imaging is comparable to the structure and procedure described in Figure 1.
  • the same components are designated with a reference number increased by 100 compared to Figure 1, so the reference numbers in Figure 2 begin with 101.
  • the projection exposure system 101 essentially comprises an illumination system 102, a reticle holder 108 for holding and precisely positioning a reticle 107 provided with a structure, through which the later structures on a wafer 113 are determined, and a wafer holder 114 for holding, moving and precisely positioning this wafer 113 and a projection lens 110, with several optical elements 117, which are held in a lens housing 119 of the projection lens 110 via mounts 118.
  • the illumination system 102 provides DUV radiation 116 required for imaging the reticle 107 on the wafer 113.
  • a laser, a plasma source or the like can be used as the source for this radiation 116.
  • the radiation 116 is shaped in the illumination system 102 via optical elements in such a way that the DUV radiation 116 has the desired properties in terms of diameter, polarization, shape of the wavefront and the like when it hits the reticle 107.
  • the structure of the subsequent projection optics 110 with the lens housing 119 does not differ in principle from the structure described in Figure 1 except for the additional use of refractive optical elements 117 such as lenses, prisms, end plates and is therefore not described further.
  • Figure 3 shows a schematic representation of a ring actuator 40 in three different operating states.
  • ring actuator 40 which has a hollow cylindrical recess, is shown in a zero state, which in the example shown is defined by half of the possible total deflection. From this zero state, the ring actuator 40 can expand, as shown below on the left side of Figure 3, or contract, as shown below on the right side. 15 in connection with the assembly and operation of the ring actuator 40, the zero state is in the zero state at a certain zero voltage and the expansion and contraction of the ring actuator 40 by increasing or decreasing the voltage by a Control not shown causes. Alternatively, when using a suitable material, the zero state can also correspond to the stress-free state.
  • expansion is effected by applying a voltage of a first polarity and contraction is effected by applying a voltage of an opposite polarity.
  • Suitable materials for this are, for example, ceramic Materials, for example lead zirconate titanate (PZT), and also, for example, lithium niobate (LiNbOs) or lithium tantalate (LiTaOs).
  • Figure 4a and Figure 4b show two different embodiments of a ring actuator 40, which differ in the arrangement of the electrodes 42 and the actuator material 41 in relation to the longitudinal axis of the ring actuator 40.
  • Figure 4a shows an axial structure of layers of actuator material 41 and electrodes 42, known from the prior art for rod actuators, which are connected to a control 44 via lines 43.
  • the electrodes 42 are arranged once on the inside of the ring actuator 40 and once on the outside of the ring actuator 40, with both electrodes 42 also being able to make contact only on the outside or only on the inside.
  • the arrangement of the electrodes 42 can, for example, cause a primary deflection of the ring actuator 40 in the axial direction, i.e. perpendicular to the ring plane, with the expansion and contraction of the ring actuator 40 in the radial direction being only a second-order effect.
  • Figure 4b shows a radial structure of the ring actuator 40, in which the layers of actuator material 41 and electrodes 42 are formed radially.
  • the contact via lines 43 to a control 44 is formed on the upper and lower end faces of the ring actuator 40.
  • an arrangement of the contacting of the lines 43 only at the top or only at the bottom is also conceivable here.
  • the arrangement of the electrodes 42 causes a primary deflection of the ring actuator 40 in the radial direction, i.e. parallel to the ring plane, with the expansion and contraction of the ring actuator 40 in the axial direction being only a second-order effect.
  • FIG. 5a shows a schematic view of a first embodiment of the invention, in which an optical element designed as a mirror Mx, 117, as can be used in one of the projection exposure systems explained in Figures 1 and 2, is shown.
  • 5a shows the mirror Mx, 117, which includes a base body 30 with an optical active surface 31 and a rear side 32 opposite this, in a view from below, i.e.
  • the ring actuators 40 are in one of the Optical active surface 31 corresponding area arranged, wherein the arrangement of the ring actuators 40 extends beyond the area of the optical effective surface 31 in order to be able to cause a deformation with a positive and negative slope in the edge area of the optical effective surface 31. This also requires expansion and contraction of the ring actuators 40 from a so-called zero position. This will be explained in detail in Figure 14. In principle, the ring actuators 40 can only be provided in the edge area or at other locations if their actuation causes a deformation of the optical effective surface 31.
  • Figure 5b shows a further embodiment of the invention, in which an optical element designed as a mirror Mx, 117 is shown, which, like the mirror Mx, 117 in Figure 5b, comprises a base body 30 with an optical effective surface 31.
  • the mirror Mx, 117 is again shown in a perspective rear view.
  • connection geometries designed as pins 45 for the ring actuators 40 are arranged on the back 32.
  • the ring actuators 40 are, as will be explained in more detail below in FIG. 14, mounted on the pin 45 by shrinking, with another connection technique, such as gluing or bonding, also being possible.
  • a contraction or expansion of the ring actuator 40 leads to a constriction or an expansion of the pin 45, which in turn causes a deformation of the optical effective surface 31.
  • the deformation effect can be compared with that of an actuator acting parallel to the surface, with the ring actuators 40 the axial component during the deflection contributing to the deformation, even if only with a minor contribution.
  • the deformation caused in this way Optical effective surface 31 can be used to correct thermal expansion of the base body 30 due to absorption of electromagnetic radiation or to correct imaging errors generated elsewhere in a projection exposure system 1, 101.
  • Figure 5c shows a further embodiment of the invention, in which an optical element designed as a mirror Mx, 117 is shown, which, like the mirror Mx, 117 in Figure 5b, comprises a base body 30 with an optical effective surface 31.
  • the mirror Mx, 117 is again shown in a rear perspective view.
  • connection geometries designed as recesses 46 for the ring actuators 40 are arranged on the back 32.
  • the ring actuators 40 are, as will be explained in more detail below in FIG. 14, mounted in the recess 46 by shrink-fitting, with other connection techniques, such as gluing or bonding, also being possible.
  • a contraction or expansion of the cattle actuator 40 leads to a contraction or expansion of the recess 46, which in turn causes a deformation of the optical effective surface 31.
  • the deformation effect can be compared with that of an actuator acting parallel to the surface, with the ring actuators 40 the axial component during the deflection can contribute to the deformation, even if only with a minor contribution.
  • the deformation of the optical effective surface 31 caused in this way can be used to correct thermal expansion of the base body 30 due to absorption of electromagnetic radiation or to correct imaging errors generated elsewhere in a projection exposure system 1, 101.
  • Figures 6a and 6b show a detailed view of the invention, in which a ring actuator 40 shrunk onto a pin 45 is shown in two different operating states. Depending on the operating states of the ring actuator 40, the effect on the optical effective surface 31 of the base body 30 is shown. 6a shows a ring actuator 40 in a contracted operating state, as a result of which the pin is constricted, which in turn causes a deformation 47 out of the optical effective surface 31.
  • FIG. 6b shows a ring actuator 40 in an extended operating state, as a result of which a constriction of the pin 45 is expanded, which in turn causes a deformation 47 into the optical effective surface 31.
  • Figure 7a shows a first embodiment of the pin 45, which is cylindrical. This has the advantage of being simple to manufacture and standard actuators can also be used for the ring actuators 40.
  • Figure 7b shows a second embodiment of a pin 48, in which the contact surface to the ring actuator is conical.
  • the ring actuator 40 can be fixed at least partially by a purely geometric advance of the ring actuator 40 onto the pin 48.
  • the ring actuators 40 can also be designed to be hollow cylindrical, as is the case when mounted on cylindrical pins 45, with the hollow cylindrical inner shape of the ring actuator 40 adapting to the conical outer geometry of the pin 48 when it is shrunk on by expanding the inner diameter of the ring actuator 40 in some areas.
  • the resulting preload of the pin 48 which varies over the axial extent of the ring actuator 40, can be taken into account in the control.
  • the internal geometry of the ring actuator 40 can also be designed in a manner corresponding to the pin 48, so that the contact surface of the ring actuator 40 to the pin 48 is conical.
  • An advantage of the conical design is the compensation of diameter tolerances and the possibility of axial pressing.
  • Figures 8a and 8b show, in a variant of the invention, a connection geometry designed as a recess 46, 49. What is said in Figures 7a and 7b basically also applies to the embodiment shown in Figures 8a and 8b, with the statements of course referring to the corresponding inner surfaces of the recess or to the outer surfaces of the ring actuator 40 relate and the ring actuator 40 is pressed in axially or pressed in or shrunk in radially using the thermal linear expansion.
  • Figures 9a and 9b and Figures 10a and 10b show modifications of the invention for the connection geometries designed as pins 45, 48 explained in Figures 7a and 7b and the connection geometries designed as recesses 46, 49 explained in Figures 8a and 8b.
  • the recess 50 is formed centrally in the pin 45 and extends beyond the pin into the base body 30.
  • the recess 50 causes a reduction in the rigidity of the pin 45 and the base body 30, whereby the deformation of the optical effective surface 31 with the same deflection of the Ring actuator 40 is advantageously modified in a suitable manner.
  • the shape of the deformation on the optical active surface 31 of the base body can also be adjusted, whereby this is particularly possible when producing the base body 30 and the pins 45, 48, or the recesses 46, 49, by an additive process and the associated possibilities of a free Geometry design, can be adjusted almost arbitrarily.
  • the effect of the recess 50 explained for Figure 9a can be transferred to the embodiments shown in Figures 9b, 10a and 10b.
  • Figure 11a shows a further embodiment of the invention, in which an optical element designed as a mirror Mx, 117 is shown.
  • this also includes a support structure designed as a back plate 51, the back plate 51 comprising conical pins 48 corresponding to the conical pins 48 formed in the base body 30.
  • the ring actuators 40 are designed in the form of a sleeve so that they can be connected both to the pins 48 of the back plate 51 and to the pins 48 of the base body 30.
  • the back plate 51 acts as a support structure and is either connected to the base body 30 or to another structure designed to absorb forces or is supported on the base body 30 via the ring actuators 40.
  • FIG. 11b shows a further embodiment of the invention, which, like the embodiment explained in Figure 11a, comprises a support structure designed as a back plate 51. This only differs in the connection geometry designed as a conical recess 49. All further explanations correspond to what has been explained, so reference is made to them.
  • Figure 12 shows a further embodiment of the invention, which includes a support structure with integrated ring actuators 40.
  • a back plate 54 of the support structure is made of actuator material 41, with only the areas of the ring actuators 40 being formed with electrodes 42.
  • the functionality is identical to the embodiment described in Figure 11a.
  • FIG. 13a shows a further embodiment of the invention, in which a detailed section of an optical element designed as a mirror Mx, 117 with a sensor 60 is shown.
  • the mirror Mx, 117 comprises a base body 30 with an optical effective surface 31 and a ring actuator 40 shrunk onto a conical pin 48.
  • the sensor 60 is designed in the manner of a Fabry-Perot interferometer in the embodiment shown in FIG. 13a. This includes a light source 61, which emits a light beam 62 towards the back of the base body 30, which strikes the back perpendicularly.
  • the sensor 60 uses the end face of the pin 48, which is partially transparent for the wavelength of the light beam 62 used, as a first mirror surface 64 and the optical active surface 31 as a second mirror surface 65, with a detector 63 superimposing the reflections of the first mirror surface 64 and the second mirror surface 65 recorded. From the phase difference of the detected light beams caused by a deformation of the base body, a change in the distance between the two mirror surfaces 64, 65 can be determined, from which the deformation of the optical effective surface 31 can then be determined.
  • An advantage of forming the sensor 60 in the center of the ring actuator 40 is that the signals generated by the ring actuator 40 caused deformation from the back of the base body 30 can be recorded directly at the place of origin. Accessibility is significantly better from the back of the base body 30 compared to detecting the deformation from the optical effective surface 31.
  • FIG 13b shows a further embodiment of the invention, in which a detailed section of an optical element designed as a mirror Mx, 117 with a sensor 60 is shown.
  • the mirror Mx, 117 comprises a support structure 51, as explained in Figures 11a, and a sensor 60, which is also designed in the manner of a Fabry-Perot interferometer.
  • the sensor 60 uses the two end faces of the conical pins 48 formed on the back plate 51 and on the base body 30 as the first mirror surface 64 and as the second mirror surface 65.
  • the deformation of the optical surface can also be taken into account Can be concluded with the help of calibration data or model-based prediction, for example FEM.
  • Figure 14 shows a diagram to explain an assembly process of a ring actuator in a connection geometry designed as a recess.
  • the outer diameter of the ring actuator is indicated on the ordinate of the diagram and the control voltage is indicated on the abscissa.
  • the ring actuator is only controlled with positive voltage and the diameter of the ring actuator decreases as the voltage increases.
  • the ring actuator is controlled in a first voltage range SM, so that the diameter is certainly smaller than the tolerance-affected diameter range T ⁇ of the recess.
  • the voltage range for the control during operation SB is below the voltage range SM of the assembly and below the voltage SG, at which the ring actuator has a diameter smaller than or equal to the largest diameter tolerance T ⁇ of the recess.
  • the so-called zero voltage SN which corresponds to the voltage at which the optical effective surface has its predetermined surface shape. This can be achieved by reworking the optical effective surface after the ring actuators have been assembled, with all ring actuators being controlled with their zero voltage SN. Alternatively can the deformation caused by the zero voltage SN can also be retained during the production of the optical effective surface.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein optisches Element (Mx, 117) für eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie (1, 101) mit einem Grundkörper (30) und mindestens einem mit dem Grundkörper (30) verbundenen Aktuator (40), wobei der Aktuator (40) als Ringaktuator ausgebildet ist. Weiterhin betrifft die Erfindung eine mit einem entsprechenden optischen Element ausgestattete Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie und ein optisches Element, welches einen Sensor zur Bestimmung der Deformation einer optischen Wirkfläche umfasst, wobei der Sensor dazu eingerichtet ist, ein Signal zu erfassen, welches eine Korrelation mit der Deformation der optischen Wirkfläche zulässt.

Description

Optisches Element und Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithoqraphie
Die vorliegende Anmeldung nimmt die Priorität der deutschen Patentanmeldung DE 10 2022 116 699.6 vom 05.07.2022 in Anspruch, deren Inhalt hierin durch Bezugnahme vollumfänglich aufgenommen wird.
Die Erfindung betrifft ein optisches Element nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine mit einem entsprechenden optischen Element ausgestattete Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie.
In derartigen Projektionsbelichtungsanlagen werden mikroskopisch kleine Strukturen mittels fotolithographischer Verfahren ausgehend von einer Maske als Vorlage stark verkleinernd auf einen mit Fotolack beschichteten Wafer abgebildet. In nachfolgenden Entwicklungs- und weiteren Bearbeitungsschritten werden die gewünschten Strukturen wie beispielsweise Speicher- oder Logikelemente auf dem Wafer erzeugt, welcher danach in einzelne Chips zum Einsatz in elektronischen Geräten aufgeteilt wird.
Aufgrund der ausgesprochen kleinen zu schaffenden Strukturen bis in den Nanometerbereich stellen sich extreme Anforderungen an die Optiken der Projektionsbelichtungsanlagen und damit an die verwendeten optischen Elemente. Darüber hinaus treten im Betrieb einer entsprechenden Anlage regelmäßig Abbildungsfehler auf, welche oftmals von sich ändernden Umgebungsbedingungen wie beispielsweise Temperaturänderungen in der Optik herrühren.
Typischerweise wird dieser Problematik dadurch begegnet, dass die verwendeten optischen Elemente wie beispielsweise Linsen oder Spiegel bewegbar oder auch deformierbar ausgebildet sind, um die angesprochenen Abbildungsfehler während des Betriebes der Anlage korrigieren zu können. Hierzu werden in der Regel mechanische Aktuatoren verwendet, welche beispielsweise geeignet sein können, die Oberfläche eines optischen Elementes, welche zur Abbildung verwendet wird, also die sogenannte optische Wirkfläche, gezielt zu deformieren. Diese Deformation kann von der Rückseite eines Grundkörpers des entsprechenden optischen Elementes her vorgenommen werden.
Eine regelmäßige Herausforderung bei der Anordnung der Aktuatoren auf der Rückseite des Grundkörpers besteht in der Schaffung einer zuverlässigen mechanischen Verbindung zwischen Aktuator und Grundkörper, wobei einerseits eine einfache Herstellbarkeit und andererseits ein möglichst geringer nachteiliger Einfluss der Verbindungstechnik auf die optische Leistungsfähigkeit des entsprechenden optischen Elementes gewährleistet sein sollte.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein optisches Element und eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie anzugeben, bei welchen eine vereinfachte Anordnung von Aktuatoren zur mechanischen Manipulation optischer Elemente realisiert ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Vorrichtungen mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen und Varianten der Erfindung.
Ein erfindungsgemäßes optisches Element für eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie umfasst einen Grundkörper und mindestens einen mit dem Grundkörper verbundenen Aktuator, wobei der Aktuator als Ringaktuator ausgebildet ist. Dabei kann der Ringaktuator über eine Anbindungsgeometrie mit dem Grundkörper verbunden sein. Der Aktuator kann als Festkörperaktuator, beispielsweise als Piezoaktuator oder elektrostriktiver Aktuator ausgebildet sein. Er dient dabei zur Deformation des Grundkörpers und damit auch zur Deformation der optischen Wirkfläche, um einen gewünschten Oberflächenverlauf der optischen Wirkfläche zur Erreichung eines entsprechenden optischen Effektes zu erzeugen.
Bei dem optischen Element kann es sich insbesondere um einen Multilayerspiegel in einer Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie handeln. Unter einem Ringaktuator ist dabei ein ringförmiger Aktuator zu verstehen, der insbesondere eine im Wesentlichen hohlzylindrische Grundform aufweisen kann. Durch diese Wahl der Geometrie des Aktuators ergeben sich erhebliche Vorteile im Hinblick auf die Integrierbarkeit bzw. Verbindungsmöglichkeit des Aktuators mit dem Grundkörper.
So kann beispielsweise die Anbindungsgeometrie als ein auf dem Grundkörper angeordneter Zapfen ausgebildet sein, auf welchen der Ringaktuator einfach aufgeschoben werden kann.
Der Grundkörper und der Zapfen können insbesondere monolithisch, also einstückig, ausgebildet sein, es ist jedoch ebenso denkbar, dass der Grundkörper und der Zapfen miteinander stoffschlüssig verbunden sind. Weiterhin sind auch Formschluss und Kraftschluss denkbar.
In einer Variante der Erfindung kann die Anbindungsgeometrie als eine in dem Grundkörper angeordnete Ausnehmung ausgebildet sein, welche an die Außengeometrie des Ringaktuators angepasst ist.
Die Kontaktfläche des Ringaktuators zur Anbindungsgeometrie des Grundkörpers kann konisch ausgebildet sein, ebenso wie auch die Kontaktfläche der Anbindungsgeometrie des Grundkörpers zum Ringaktuator konisch ausgebildet sein kann. Durch diese Maßnahme wird die Montage des Aktuators auf bzw. in der Anbindungsgeometrie vereinfacht. Die Montage selbst kann durch thermisches Aufschrumpfen oder Einschrumpfen erfolgen; auch andere Montagetechniken, wie beispielsweise eine Vorauslenkung des Aktuators durch Anlegen einer Spannung sind denkbar.
Vorteilhaft bei der Wahl einer konischen Geometrie ist insbesondere, dass sich in diesem Fall durch eine axiale Verschiebung eine gewisse Passung realisieren lässt. Hierdurch eröffnet sich ebenfalls die Möglichkeit, beispielsweise durch eine Pressung einen Reibschluss und damit eine Fixierung des Ringaktuators auf dem Zapfen bzw. in der Ausnehmung zu ermöglichen. Die beschriebenen Maßnahmen ermöglichen prinzipiell die Verbindung des Ringaktuators ohne die Verwendung eines Klebstoffs, was jedoch die Verwendung einer zusätzlichen stoffschlüssigen Verbindung nicht ausschließt. Dadurch, dass die Anbindungsgeometrie des Ringaktuators einen geeignet gestalteten mechanischen Übertragungsbereich umfasst, kann die Aktuatorwirkung weiter verbessert werden. Insbesondere kann dabei der Übertragungsbereich derart ausgebildet sein, dass er eine gegen die Auslenkung des Ringaktuators wirkende Steifigkeit reduziert, so dass die seitens des Aktuators aufzubringende Kraft moderat bleiben kann.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Ringaktuator zwischen dem Grundkörper und einer Abstützstruktur angeordnet. Dabei kann die Abstützstruktur eine zum Ringaktuator korrespondierende Anbindungsgeometrie umfassen, wodurch eine einfache Verbindungsmöglichkeit des Aktuators mit der Abstützstruktur geschaffen wird.
Insbesondere können die Ringaktuatoren mit einer im Grundkörper und einer in der Abstützstruktur als Zapfen oder Ausnehmungen ausgebildeten Anbindungsgeometrie verbunden sein.
Durch die rückwärtige Abstützung der Ringaktuatoren können beide Ausdehnungen des Aktuators zur Deformation der optischen Wirkfläche beitragen.
Darüber hinaus gibt es verschiedene Möglichkeiten der Fixierung des Grundkörpers und der Abstützstruktur. So kann einerseits der Grundkörper mit der festen Welt verbunden sein und die Abstützstruktur lediglich über die Aktuatoren mit dem Grundkörper in Verbindung stehen. Ebenso ist es denkbar, dass die Abstützstruktur mit der festen Welt verbunden ist und der Grundkörper über die Aktuatoren gehalten wird. Auch eine Verbindung von Grundkörper und Abstützstruktur miteinander ist denkbar.
Im Falle einer Lagerung des Grundkörpers über die Aktuatoren ist es denkbar, durch gleichzeitige und gleichartige Ansteuerung aller Aktuatoren eine translatorische Verschiebung des Grundkörpers zu erreichen; jedoch ist zu erwarten, dass die damit verbundene Querkontraktion der Aktuatoren zu parasitären Effekten führt. Derartige Effekte könnten allerdings durch eine einmalige oder regelmäßige Kalibrierung minimiert werden. In einer weiteren Variante der Erfindung ist der Ringaktuator in die Abstützstruktur integriert. So kann beispielsweise die gesamte Abstützstruktur aus einem piezoelektrischen Material gefertigt sein und die Aktuatoren können durch die Integration einer geeigneten Elektrodengeometrie in die Abstützstruktur realisiert werden.
Dadurch, dass die Elektroden und das Aktuatormaterial der Ringaktuatoren in Schichten radial oder axial ausgerichtet sind, können bevorzugte Aktuierungsrich- tungen der Ringaktuatoren festgelegt werden.
Für die vorliegende Erfindung, aber auch allgemein ist es vorteilhaft, wenn ein optisches Element einen Sensor zur Bestimmung der Deformation einer optischen Wirkfläche des optischen Elementes umfasst, wobei der Sensor dazu eingerichtet ist, ein Signal zu erfassen, welches eine Korrelation mit der Deformation der optischen Wirkfläche zulässt. Dabei muss nicht zwingend die Deformation der optischen Wirkfläche direkt vermessen werden. Es genügt, ein Signal aufzunehmen, aus welchem auf die Deformation der optischen Wirkfläche geschlossen werden kann.
Zur Gewinnung eines derartigen Signals ist es vorteilhaft, wenn der Sensor ein Interferometer, insbesondere ein Fabry-Perot-Interferometer umfasst. Interferometer vereinigen in vorteilhafter Weise die Möglichkeiten extrem genauer und dabei berührungsloser Messungen. Hierbei ist es weiterhin von Vorteil, dass sowohl der Grundkörper als auch die Anbindungsgeometrie vergleichsweise präzise gefertigte optische Flächen umfassen, welche als Reflexionsflächen für das Interferometer verwendet werden können.
Die beschriebene Messtechnik kommt prinzipiell für verschiedenste optische Elemente, insbesondere um optische Elemente wie in der vorliegenden Anmeldung beschrieben in Frage; es kann sich bei dem optischen Element also beispielsweise um einen deformierbaren Spiegel handeln.
Dabei kann es sich bei dem deformierbaren Spiegel um einen kraftaktuierten Spiegel handeln. Weiterhin kann es sich bei dem deformierbaren Spiegel um einen festkörperaktuier- ten Spiegel handeln.
Eine Aktuierungsrichtung des Aktuators kann normal zu einer Kontaktfläche des Aktuators mit dem optischen Element ausgerichtet sein, zusätzlich oder alternativ kann eine Aktuierungsrichtung des Aktuators auch parallel zu einer Kontaktfläche des Aktuators mit dem optischen Element ausgerichtet sein.
Im Falle der Verwendung von Ringaktuatoren kann die Geometrie derartiger Aktuatoren vorteilhafterweise dahingehend ausgenutzt werden, dass der Sensor die Deformation der optischen Wirkfläche durch das Zentrum eines Ringaktuators erfasst. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass vergleichsweise nahe am interessierenden Bereich gemessen werden kann.
Grundsätzlich können zur Realisation der Erfindung beispielsweise Piezoaktuatoren verwendet werden, die bidirektional wirken können, also bei einem Wechsel der Polarität des Ansteuersignals auch einen Wechsel ihrer jeweiligen Ausdehnungsrichtung vornehmen. Für derartige Anwendungen kommen beispielsweise Piezoaktuatoren aus monokristallinem Lithiumniobat (LiNbOs) in Frage.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele und Varianten der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
Figur 1 schematisch im Meridionalschnitt eine Projektionsbelichtungsanlage für die EUV-Projektionslithografie,
Figur 2 schematisch im Meridionalschnitt eine Projektionsbelichtungsanlage für die DUV-Projektionslithografie,
Figur 3 einen Ringaktuator in drei unterschiedlichen Betriebszuständen zur Erläuterung der Funktionsweise,
Figur 4a, b Ausführungsformen zum Aufbau eines Ringaktuators,
Figur 5a-c Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen optischen Elementes, Figur 6a, b eine schematische Darstellung der Erfindung zur Erläuterung der
Wirkungsweise,
Figur 7a, b eine Ausführungsform der Erfindung unter Verwendung eines Zapfens,
Figur 8a, b eine Ausführungsform der Erfindung unter Verwendung einer Ausnehmung,
Figur 9a, b eine Ausführungsform der Erfindung mit einem mechanischen Übertragungsbereich,
Figur 10a,b eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit einem mechanischen Übertragungsbereich,
Figur 11 a,b eine Ausführungsform der Erfindung mit einer Abstützstruktur,
Figur 12 eine Ausführungsform der Erfindung mit integrierter Aktuatorik,
Figur 13a, b eine Ausführungsform der Erfindung unter Verwendung eines Sensors, und
Figur 14 eine Prinzipdarstellung zur Ansteuerung eines Ringaktuators zur Montage.
Im Folgenden werden zunächst unter Bezugnahme auf die Figur 1 exemplarisch die wesentlichen Bestandteile einer Projektionsbelichtungsanlage 1 für die Mikrolithografie beschrieben. Die Beschreibung des grundsätzlichen Aufbaus der Projektionsbelichtungsanlage 1 sowie deren Bestandteile sind hierbei nicht einschränkend verstanden.
Eine Ausführung eines Beleuchtungssystems 2 der Projektionsbelichtungsanlage 1 hat neben einer Strahlungsquelle 3 eine Beleuchtungsoptik 4 zur Beleuchtung eines Objektfeldes 5 in einer Objektebene 6. Bei einer alternativen Ausführung kann die Lichtquelle 3 auch als ein zum sonstigen Beleuchtungssystem separates Modul bereitgestellt sein. In diesem Fall umfasst das Beleuchtungssystem die Lichtquelle 3 nicht. Beleuchtet wird ein im Objektfeld 5 angeordnetes Retikel 7. Das Retikel 7 ist von einem Retikelhalter 8 gehalten. Der Retikelhalter 8 ist über einen Retikelverlage- rungsantrieb 9 insbesondere in einer Scanrichtung verlagerbar.
In der Figur 1 ist zur Erläuterung ein kartesisches xyz-Koordinatensystem eingezeichnet. Die x-Richtung verläuft senkrecht zur Zeichenebene hinein. Die y-Richtung verläuft horizontal und die z-Richtung verläuft vertikal. Die Scanrichtung verläuft in der Fig. 1 längs der y-Richtung. Die z-Richtung verläuft senkrecht zur Objektebene 6.
Die Projektionsbelichtungsanlage 1 umfasst eine Projektionsoptik 10. Die Projektionsoptik 10 dient zur Abbildung des Objektfeldes 5 in ein Bildfeld 11 in einer Bildebene 12. Die Bildebene 12 verläuft parallel zur Objektebene 6. Alternativ ist auch ein von 0° verschiedener Winkel zwischen der Objektebene 6 und der Bildebene 12 möglich.
Abgebildet wird eine Struktur auf dem Retikel 7 auf eine lichtempfindliche Schicht eines im Bereich des Bildfeldes 11 in der Bildebene 12 angeordneten Wafers 13. Der Wafer 13 wird von einem Waferhalter 14 gehalten. Der Waferhalter 14 ist über einen Waferverlagerungsantrieb 15 insbesondere längs der y-Richtung verlagerbar. Die Verlagerung einerseits des Retikels 7 über den Retikelverlagerungsantrieb 9 und andererseits des Wafers 13 über den Waferverlagerungsantrieb 15 kann synchronisiert zueinander erfolgen.
Bei der Strahlungsquelle 3 handelt es sich um eine EUV-Strahlungsquelle. Die Strahlungsquelle 3 emittiert insbesondere EUV-Strahlung 16, welche im Folgenden auch als Nutzstrahlung, Beleuchtungsstrahlung oder Beleuchtungslicht bezeichnet wird. Die Nutzstrahlung hat insbesondere eine Wellenlänge im Bereich zwischen 5 nm und 30 nm. Bei der Strahlungsquelle 3 kann es sich um eine Plasmaquelle handeln, zum Beispiel um eine LPP-Quelle (Laser Produced Plasma, mithilfe eines Lasers erzeugtes Plasma) oder um eine DPP-Quelle (Gas Discharged Produced Plasma, mittels Gasentladung erzeugtes Plasma). Es kann sich auch um eine synchrotronbasierte Strahlungsquelle handeln. Bei der Strahlungsquelle 3 kann es sich um einen Freie-Elektronen-Laser (Free-Electron-Laser, FEL) handeln.
Die Beleuchtungsstrahlung 16, die von der Strahlungsquelle 3 ausgeht, wird von einem Kollektor 17 gebündelt. Bei dem Kollektor 17 kann es sich um einen Kollektor mit einer oder mit mehreren ellipsoidalen und/oder hyperboloiden Reflexionsflächen handeln. Die mindestens eine Reflexionsfläche des Kollektors 17 kann im streifenden Einfall (Grazing Incidence, Gl), also mit Einfallswinkeln größer als 45° gegenüber der Normalenrichtung der Spiegeloberfläche, oder im normalen Einfall (Normal Incidence, NI), also mit Einfallwinkeln kleiner als 45°, mit der Beleuchtungsstrahlung 16 beaufschlagt werden. Der Kollektor 17 kann einerseits zur Optimierung seiner Reflektivität für die Nutzstrahlung und andererseits zur Unterdrückung von Falschlicht strukturiert und/oder beschichtet sein.
Nach dem Kollektor 17 propagiert die Beleuchtungsstrahlung 16 durch einen Zwischenfokus in einer Zwischenfokusebene 18. Die Zwischenfokusebene 18 kann eine Trennung zwischen einem Strahlungsquellenmodul, aufweisend die Strahlungsquelle 3 und den Kollektor 17, und der Beleuchtungsoptik 4 darstellen.
Die Beleuchtungsoptik 4 umfasst einen Umlenkspiegel 19 und diesem im Strahlengang nachgeordnet einen ersten Facettenspiegel 20. Bei dem Umlenkspiegel 19 kann es sich um einen planen Umlenkspiegel oder alternativ um einen Spiegel mit einer über die reine Umlenkungswirkung hinaus bündelbeeinflussenden Wirkung handeln. Alternativ oder zusätzlich kann der Umlenkspiegel 19 als Spektralfilter ausgeführt sein, der eine Nutzlichtwellenlänge der Beleuchtungsstrahlung 16 von Falschlicht einer hiervon abweichenden Wellenlänge trennt. Sofern der erste Facettenspiegel 20 in einer Ebene der Beleuchtungsoptik 4 angeordnet ist, die zur Objektebene 6 als Feldebene optisch konjugiert ist, wird dieser auch als Feldfacettenspiegel bezeichnet. Der erste Facettenspiegel 20 umfasst eine Vielzahl von einzelnen ersten Facetten 21 , welche im Folgenden auch als Feldfacetten bezeichnet werden. Von diesen Facetten 21 sind in der Fig. 1 nur beispielhaft einige dargestellt. Die ersten Facetten 21 können als makroskopische Facetten ausgeführt sein, insbesondere als rechteckige Facetten oder als Facetten mit bogenförmiger oder teilkreisförmiger Randkontur. Die ersten Facetten 21 können als plane Facetten oder alternativ als konvex oder konkav gekrümmte Facetten ausgeführt sein.
Wie beispielsweise aus der DE 10 2008 009 600 A1 bekannt ist, können die ersten Facetten 21 selbst jeweils auch aus einer Vielzahl von Einzelspiegeln, insbesondere einer Vielzahl von Mikrospiegeln, zusammengesetzt sein. Der erste Facettenspiegel 20 kann insbesondere als mikroelektromechanisches System (MEMS-System) ausgebildet sein. Für Details wird auf die DE 10 2008 009 600 A1 verwiesen.
Zwischen dem Kollektor 17 und dem Umlenkspiegel 19 verläuft die Beleuchtungsstrahlung 16 horizontal, also längs der y-Richtung.
Im Strahlengang der Beleuchtungsoptik 4 ist dem ersten Facettenspiegel 20 nachgeordnet ein zweiter Facettenspiegel 22. Sofern der zweite Facettenspiegel 22 in einer Pupillenebene der Beleuchtungsoptik 4 angeordnet ist, wird dieser auch als Pupillenfacettenspiegel bezeichnet. Der zweite Facettenspiegel 22 kann auch beabstandet zu einer Pupillenebene der Beleuchtungsoptik 4 angeordnet sein. In diesem Fall wird die Kombination aus dem ersten Facettenspiegel 20 und dem zweiten Facettenspiegel 22 auch als spekularer Reflektor bezeichnet. Spekulare Reflektoren sind bekannt aus der US 2006/0132747 A1 , der EP 1 614 008 B1 und der US 6,573,978.
Der zweite Facettenspiegel 22 umfasst eine Mehrzahl von zweiten Facetten 23. Die zweiten Facetten 23 werden im Falle eines Pupillenfacettenspiegels auch als Pupillenfacetten bezeichnet.
Bei den zweiten Facetten 23 kann es sich ebenfalls um makroskopische Facetten, die beispielsweise rund, rechteckig oder auch hexagonal berandet sein können, oder alternativ um aus Mikrospiegeln zusammengesetzte Facetten handeln. Diesbezüglich wird ebenfalls auf die DE 10 2008 009 600 A1 verwiesen. Die zweiten Facetten 23 können plane oder alternativ konvex oder konkav gekrümmte Reflexionsflächen aufweisen.
Die Beleuchtungsoptik 4 bildet somit ein doppelt facettiertes System. Dieses grundlegende Prinzip wird auch als Wabenkondensor (Fly's Eye Integrator) bezeichnet.
Es kann vorteilhaft sein, den zweiten Facettenspiegel 22 nicht exakt in einer Ebene, welche zu einer Pupillenebene der Projektionsoptik 10 optisch konjugiert ist, anzuordnen. Insbesondere kann der Pupillenfacettenspiegel 22 gegenüber einer Pupillenebene der Projektionsoptik 10 verkippt angeordnet sein, wie es zum Beispiel in der DE 10 2017 220 586 A1 beschrieben ist.
Mit Hilfe des zweiten Facettenspiegels 22 werden die einzelnen ersten Facetten 21 in das Objektfeld 5 abgebildet. Der zweite Facettenspiegel 22 ist der letzte bündelformende oder auch tatsächlich der letzte Spiegel für die Beleuchtungsstrahlung 16 im Strahlengang vor dem Objektfeld 5.
Bei einer weiteren, nicht dargestellten Ausführung der Beleuchtungsoptik 4 kann im Strahlengang zwischen dem zweiten Facettenspiegel 22 und dem Objektfeld 5 eine Übertragungsoptik angeordnet sein, die insbesondere zur Abbildung der ersten Facetten 21 in das Objektfeld 5 beiträgt. Die Übertragungsoptik kann genau einen Spiegel, alternativ aber auch zwei oder mehr Spiegel aufweisen, welche hintereinander im Strahlengang der Beleuchtungsoptik 4 angeordnet sind. Die Übertragungsoptik kann insbesondere einen oder zwei Spiegel für senkrechten Einfall (Nl- Spiegel, Normal Incidence Spiegel) und/oder einen oder zwei Spiegel für streifenden Einfall (Gl-Spiegel, Gracing Incidence Spiegel) umfassen.
Die Beleuchtungsoptik 4 hat bei der Ausführung, die in der Fig. 1 gezeigt ist, nach dem Kollektor 17 genau drei Spiegel, nämlich den Umlenkspiegel 19, den Feldfacettenspiegel 20 und den Pupillenfacettenspiegel 22.
Bei einer weiteren Ausführung der Beleuchtungsoptik 4 kann der Umlenkspiegel 19 auch entfallen, so dass die Beleuchtungsoptik 4 nach dem Kollektor 17 dann genau zwei Spiegel aufweisen kann, nämlich den ersten Facettenspiegel 20 und den zweiten Facettenspiegel 22.
Die Abbildung der ersten Facetten 21 mittels der zweiten Facetten 23 beziehungsweise mit den zweiten Facetten 23 und einer Übertragungsoptik in die Objektebene 6 ist regelmäßig nur eine näherungsweise Abbildung.
Die Projektionsoptik 10 umfasst eine Mehrzahl von Spiegeln Mi, welche gemäß ihrer Anordnung im Strahlengang der Projektionsbelichtungsanlage 1 durchnummeriert sind.
Bei dem in der Figur 1 dargestellten Beispiel umfasst die Projektionsoptik 10 sechs Spiegel M1 bis M6. Alternativen mit vier, acht, zehn, zwölf oder einer anderen Anzahl an Spiegeln Mi sind ebenso möglich. Der vorletzte Spiegel M5 und der letzte Spiegel M6 haben jeweils eine Durchtrittsöffnung für die Beleuchtungsstrahlung 16. Bei der Projektionsoptik 10 handelt es sich um eine doppelt obskurierte Optik. Die Projektionsoptik 10 hat eine bildseitige numerische Apertur, die größer ist als 0,5 und die auch größer sein kann als 0,6 und die beispielsweise 0,7 oder 0,75 betragen kann.
Reflexionsflächen der Spiegel Mi können als Freiformflächen ohne Rotationssymmetrieachse ausgeführt sein. Alternativ können die Reflexionsflächen der Spiegel Mi als asphärische Flächen mit genau einer Rotationssymmetrieachse der Reflexionsflächenform gestaltet sein. Die Spiegel Mi können, genauso wie die Spiegel der Beleuchtungsoptik 4, hoch reflektierende Beschichtungen für die Beleuchtungsstrahlung 16 aufweisen. Diese Beschichtungen können als Multilayer-Beschichtungen, insbesondere mit alternierenden Lagen aus Molybdän und Silizium, gestaltet sein.
Die Projektionsoptik 10 hat einen großen Objekt-Bildversatz in der y-Richtung zwischen einer y-Koordinate eines Zentrums des Objektfeldes 5 und einer y- Koordinate des Zentrums des Bildfeldes 11 . Dieser Objekt-Bild-Versatz in der y- Richtung kann in etwa so groß sein wie ein z-Abstand zwischen der Objektebene 6 und der Bildebene 12. Die Projektionsoptik 10 kann insbesondere anamorphotisch ausgebildet sein. Sie weist insbesondere unterschiedliche Abbildungsmaßstäbe ßx, ßy in x- und y- Richtung auf. Die beiden Abbildungsmaßstäbe ßx, ßy der Projektionsoptik 10 liegen bevorzugt bei (ßx, ßy) = (+/- 0,25, +/- 0,125). Ein positiver Abbildungsmaßstab ß bedeutet eine Abbildung ohne Bildumkehr. Ein negatives Vorzeichen für den Abbildungsmaßstab ß bedeutet eine Abbildung mit Bildumkehr.
Die Projektionsoptik 10 führt somit in x-Richtung, das heißt in Richtung senkrecht zur Scanrichtung, zu einer Verkleinerung im Verhältnis 4:1.
Die Projektionsoptik 10 führt in y-Richtung, das heißt in Scanrichtung, zu einer Verkleinerung von 8:1.
Andere Abbildungsmaßstäbe sind ebenso möglich. Auch vorzeichengleiche und absolut gleiche Abbildungsmaßstäbe in x- und y-Richtung, zum Beispiel mit Absolutwerten von 0,125 oder von 0,25, sind möglich.
Die Anzahl von Zwischenbildebenen in der x- und in der y-Richtung im Strahlengang zwischen dem Objektfeld 5 und dem Bildfeld 11 kann gleich sein oder kann, je nach Ausführung der Projektionsoptik 10, unterschiedlich sein. Beispiele für Projektionsoptiken mit unterschiedlichen Anzahlen derartiger Zwischenbilder in x- und y- Richtung sind bekannt aus der US 2018/0074303 A1.
Jeweils eine der Pupillenfacetten 23 ist genau einer der Feldfacetten 21 zur Ausbildung jeweils eines Beleuchtungskanals zur Ausleuchtung des Objektfeldes 5 zugeordnet. Es kann sich hierdurch insbesondere eine Beleuchtung nach dem Köhlerschen Prinzip ergeben. Das Fernfeld wird mit Hilfe der Feldfacetten 21 in eine Vielzahl an Objektfeldern 5 zerlegt. Die Feldfacetten 21 erzeugen eine Mehrzahl von Bildern des Zwischenfokus auf den diesen jeweils zugeordneten Pupillenfacetten 23.
Die Feldfacetten 21 werden jeweils von einer zugeordneten Pupillenfacette 23 einander überlagernd zur Ausleuchtung des Objektfeldes 5 auf das Retikel 7 abgebildet. Die Ausleuchtung des Objektfeldes 5 ist insbesondere möglichst homogen. Sie weist vorzugsweise einen Uniformitätsfehler von weniger als 2 % auf. Die Felduniformität kann über die Überlagerung unterschiedlicher Beleuchtungskanäle erreicht werden.
Durch eine Anordnung der Pupillenfacetten kann geometrisch die Ausleuchtung der Eintrittspupille der Projektionsoptik 10 definiert werden. Durch Auswahl der Beleuchtungskanäle, insbesondere der Teilmenge der Pupillenfacetten, die Licht führen, kann die Intensitätsverteilung in der Eintrittspupille der Projektionsoptik 10 eingestellt werden. Diese Intensitätsverteilung wird auch als Beleuchtungssetting bezeichnet.
Eine ebenfalls bevorzugte Pupillenuniformität im Bereich definiert ausgeleuchteter Abschnitte einer Beleuchtungspupille der Beleuchtungsoptik 4 kann durch eine Umverteilung der Beleuchtungskanäle erreicht werden.
Im Folgenden werden weitere Aspekte und Details der Ausleuchtung des Objektfeldes 5 sowie insbesondere der Eintrittspupille der Projektionsoptik 10 beschrieben.
Die Projektionsoptik 10 kann insbesondere eine homozentrische Eintrittspupille aufweisen. Diese kann zugänglich sein. Sie kann auch unzugänglich sein.
Die Eintrittspupille der Projektionsoptik 10 lässt sich regelmäßig mit dem Pupillenfacettenspiegel 22 nicht exakt ausleuchten. Bei einer Abbildung der Projektionsoptik 10, welche das Zentrum des Pupillenfacettenspiegels 22 telezentrisch auf den Wafer 13 abbildet, schneiden sich die Aperturstrahlen oftmals nicht in einem einzigen Punkt. Es lässt sich jedoch eine Fläche finden, in welcher der paarweise bestimmte Abstand der Aperturstrahlen minimal wird. Diese Fläche stellt die Eintrittspupille oder eine zu ihr konjugierte Fläche im Ortsraum dar. Insbesondere zeigt diese Fläche eine endliche Krümmung.
Es kann sein, dass die Projektionsoptik 10 unterschiedliche Lagen der Eintrittspupille für den tangentialen und für den sagittalen Strahlengang aufweist. In diesem Fall sollte ein abbildendes Element, insbesondere ein optisches Bauelement der Übertragungsoptik, zwischen dem zweiten Facettenspiegel 22 und dem Retikel 7 bereitgestellt werden. Mit Hilfe dieses optischen Elements kann die unterschiedliche Lage der tangentialen Eintrittspupille und der sagittalen Eintrittspupille berücksichtigt werden.
Bei der in der Figur 1 dargestellten Anordnung der Komponenten der Beleuchtungsoptik 4 ist der Pupillenfacettenspiegel 22 in einer zur E intrittspupi Ile der Projektionsoptik 10 konjugierten Fläche angeordnet. Der Feldfacettenspiegel 20 ist verkippt zur Objektebene 6 angeordnet. Der erste Facettenspiegel 20 ist verkippt zu einer Anordnungsebene angeordnet, die vom Umlenkspiegel 19 definiert ist.
Der erste Facettenspiegel 20 ist verkippt zu einer Anordnungsebene angeordnet, die vom zweiten Facettenspiegel 22 definiert ist.
Figur 2 zeigt schematisch im Meridionalschnitt eine weitere Projektionsbelichtungsanlage 101 für die DUV-Projektionslithografie, in welcher die Erfindung ebenfalls zur Anwendung kommen kann.
Der Aufbau der Projektionsbelichtungsanlage 101 und das Prinzip der Abbildung ist vergleichbar mit dem in Figur 1 beschriebenen Aufbau und Vorgehen. Gleiche Bauteile sind mit einem um 100 gegenüber Figur 1 erhöhten Bezugszeichen bezeichnet, die Bezugszeichen in Figur 2 beginnen also mit 101.
Im Unterschied zu einer wie in Figur 1 beschriebenen EUV-Projektionsbelichtungs- anlage 1 können auf Grund der größeren Wellenlänge der als Nutzlicht verwendeten DUV-Strahlung 116 im Bereich von 100 nm bis 300 nm, insbesondere von 193 nm, in der DUV-Projektionsbelichtungsanlage 101 zur Abbildung beziehungsweise zur Beleuchtung refraktive, diffraktive und/oder reflexive optische Elementen 117, wie beispielsweise Linsen, Spiegeln, Prismen, Abschlussplatten und dergleichen verwendet werden. Die Projektionsbelichtungsanlage 101 umfasst dabei im Wesentlichen ein Beleuchtungssystem 102, einen Retikelhalter 108 zur Aufnahme und exakten Positionierung eines mit einer Struktur versehenen Retikels 107, durch welches die späteren Strukturen auf einem Wafer 113 bestimmt werden, einen Waferhalter 114 zur Halterung, Bewegung und exakten Positionierung eben dieses Wafers 113 und einem Projektionsobjektiv 110, mit mehreren optischen Elementen 117, die über Fassungen 118 in einem Objektivgehäuse 119 des Projektionsobjektives 110 gehalten sind.
Das Beleuchtungssystem 102 stellt eine für die Abbildung des Retikels 107 auf dem Wafer 113 benötigte DUV-Strahlung 116 bereit. Als Quelle für diese Strahlung 116 kann ein Laser, eine Plasmaquelle oder dergleichen Verwendung finden. Die Strahlung 116 wird in dem Beleuchtungssystem 102 über optische Elemente derart geformt, dass die DUV-Strahlung 116 beim Auftreffen auf das Retikel 107 die gewünschten Eigenschaften hinsichtlich Durchmesser, Polarisation, Form der Wellenfront und dergleichen aufweist.
Der Aufbau der nachfolgenden Projektionsoptik 110 mit dem Objektivgehäuse 119 unterscheidet sich außer durch den zusätzlichen Einsatz von refraktiven optischen Elementen 117 wie Linsen, Prismen, Abschlussplatten prinzipiell nicht von dem in Figur 1 beschriebenen Aufbau und wird daher nicht weiter beschrieben.
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Ringaktuators 40 in drei unterschiedlichen Betriebszuständen. In der Figur 3 oben ist Ringaktuator 40, welcher eine hohlzylindrische Aussparung aufweist, in einem Nullzustand dargestellt, welcher im gezeigten Beispiel durch die Hälfte der möglichen Gesamtauslenkung definiert ist. Von diesem Nullzustand kann sich der Ringaktuator 40, wie in der Figur 3 unten auf der linken Seite dargestellt ist, ausdehnen oder, wie unten auf der rechten Seite dargestellt, zusammenziehen. Der Nullzustand wird, wie weiter unten in der Figur 15 im Zusammenhang mit der Montage und dem Betrieb des Ringaktuators 40 näher erläutert werden wird, bei einer bestimmten Nullspannung im Nullzustand und die Ausdehnung und das Zusammenziehen des Ringaktuators 40 durch Erhöhen oder Absenken der Spannung durch eine nicht dargestellte Ansteuerung bewirkt. Alternativ kann bei der Verwendung eines geeigneten Materials der Nullzustand auch dem spannungsfreien Zustand entsprechen. In diesem Fall wird das Ausdehnen durch das Anlegen einer Spannung mit einer ersten Polarität und das Zusammenziehen durch das Anlegen einer Spannung mit einer entgegengesetzten Polarität bewirkt. Geeignete Materialien hierfür sind beispielsweise keramische Materialien, beispielsweise Blei-Zirkonat-Titanat (PZT), weiterhin beispielsweise Lithiumniobat (LiNbOs) oder Lithiumtantalat (LiTaOs).
Figur 4a und die Figur 4b zeigen zwei unterschiedliche Ausführungsformen eines Ringaktuators 40, welche sich durch die Anordnung der Elektroden 42 und des Aktuatormaterials 41 im Bezug zur Längsachse des Ringaktuators 40 unterscheiden.
Figur 4a zeigt einen aus dem Stand der Technik bei Stabaktuatoren bekannten axialen Aufbau von Schichten aus Aktuatormaterial 41 und Elektroden 42, welche über Leitungen 43 mit einer Ansteuerung 44 verbunden sind. In der in der Figur 4a gezeigten Ausführungsform sind die Elektroden 42 einmal an der Innenseite des Ringaktuators 40 und einmal an der Außenseite des Ringaktuators 40 angeordnet, wobei auch eine Kontaktierung beider Elektroden 42 nur auf der Außenseite oder nur auf der Innenseite möglich ist. Die Anordnung der Elektroden 42 kann beispielsweise eine primäre Auslenkung des Ringaktuators 40 in axialer Richtung, also senkrecht zur Ringebene bewirken, wobei die Ausdehnung und das Zusammenziehen des Ringaktuators 40 in radialer Richtung nur ein Effekt zweiter Ordnung ist.
Figur 4b zeigt einen radialen Aufbau des Ringaktuators 40, in welchem die Schichten aus Aktuatormaterial 41 und Elektroden 42 radial ausgebildet sind. Die Kontaktierung über Leitungen 43 an eine Ansteuerung 44 ist in diesem Fall an der oberen und unteren Stirnseite des Ringaktuators 40 ausgebildet. Wie bei der Figur 4a bereits erläutert, ist auch hier eine Anordnung der Kontaktierung der Leitungen 43 nur oben oder nur unten denkbar. Die Anordnung der Elektroden 42 bewirkt eine primäre Auslenkung des Ringaktuators 40 in radialer Richtung, also parallel zur Ringebene, wobei die Ausdehnung und das Zusammenziehen des Ringaktuators 40 in axialer Richtung nur ein Effekt zweiter Ordnung ist. Grundsätzlich kann durch die Wahl der Elektrodenlage in Verbindung mit der Wahl des elektrostriktiven Werkstoffs, bzw. des piezoelektrischen Werkstoffs vorteilhaft auf das Verhältnis der Dehnungen (Verhältnis aus Radiusänderung und Geometrieänderung entlang der Rotationssymmetrieachse) Einfluss genommen werden. In vorteilhafter Weise lässt sich hierdurch die Deformationswirkung an der optischen Wirkfläche und dadurch die Wellenfrontbeeinflussung im Design beeinflussen. Figur 5a zeigt eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform der Erfindung, in welcher ein als Spiegel Mx, 117 ausgebildetes optisches Element, wie es in einer der in der Figur 1 und der Figur 2 erläuterten Projektionsbelichtungsanlagen Anwendung finden kann, dargestellt ist. Die Figur 5a zeigt den Spiegel Mx, 117, welcher einen Grundkörper 30 mit einer optischen Wirkfläche 31 und einer dieser gegenüberliegenden Rückseite 32 umfasst in einer Ansicht von unten, also mit Blick auf die Rückseite 32 des Grundkörpers 30. Die Ringaktuatoren 40 sind in einem der optischen Wirkfläche 31 korrespondierenden Bereich angeordnet, wobei die Anordnung der Ringaktuatoren 40 über den Bereich der optischen Wirkfläche 31 hinausgeht, um auch im Randbereich der optischen Wirkfläche 31 eine Deformation mit positiver und negativer Steigung bewirken zu können. Dafür ist auch ein Ausdehnen und ein Zusammenziehen der Ringaktuatoren 40 aus einer sogenannten Nullposition notwendig. Dies wird im Detail in der Figur 14 erläutert werden. Grundsätzlich können die Ringaktuatoren 40 auch nur im Randbereich oder an anderen Stellen vorgesehen sein, sofern ihre Aktuierung eine Deformation der optischen Wirkfläche 31 hervorruft.
Figur 5b zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, in welcher ein als Spiegel Mx, 117 ausgebildetes optisches Element dargestellt ist, welcher wie der Spiegel Mx, 117 in der Figur 5b einen Grundkörper 30 mit einer optischen Wirkfläche 31 umfasst. Der Spiegel Mx, 117 ist wiederum in einer perspektivischen rückwärtigen Ansicht dargestellt. Auf der Rückseite 32 sind als Zapfen 45 ausgebildete Anbindungsgeometrien für die Ringaktuatoren 40 angeordnet. Die Ringaktuatoren 40 werden, wie weiter unten in der Figur 14 näher erläutert werden wird, auf den Zapfen 45 durch Aufschrumpfen montiert, wobei auch eine andere Verbindungstechnik, wie beispielsweise Kleben oder Bonden, möglich ist. Ein Zusammenziehen oder ein Ausdehnen des Ringaktuators 40 führt zu einer Einschnürung oder einer Ausdehnung des Zapfens 45, welche wiederum eine Deformation der optischen Wirkfläche 31 bewirkt. Die Deformationswirkung kann mit der eines parallel zur Oberfläche wirkenden Aktuators verglichen werden, wobei bei den Ringaktuatoren 40 die axiale Komponente bei der Auslenkung, wenn auch nur mit einem untergeordneten Beitrag, zur Deformation beiträgt. Die derart bewirkte Deformation der optischen Wirkfläche 31 kann zur Korrektur einer thermischen Ausdehnung des Grundkörpers 30 auf Grund von Absorption elektromagnetischer Strahlung oder auch zur Korrektur von an anderer Stelle in einer Projektionsbelichtungsanlage 1 , 101 erzeugten Abbildungsfehlern verwendet werden.
Figur 5c zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, in welcher ein als Spiegel Mx, 117 ausgebildetes optisches Element dargestellt ist, welcher wie der Spiegel Mx, 117 in der Figur 5b einen Grundkörper 30 mit einer optischen Wirkfläche 31 umfasst. Der Spiegel Mx, 117 ist wiederum in einer rückwärtigen perspektivischen Ansicht dargestellt. Auf der Rückseite 32 sind als Ausnehmungen 46 ausgebildete Anbindungsgeometrien für die Ringaktuatoren 40 angeordnet. Die Ringaktuatoren 40 werden, wie weiter unten in der Figur 14 näher erläutert werden wird, in der Ausnehmung 46 durch Einschrumpfen montiert, wobei auch eine andere Verbindungstechnik, wie beispielsweise Kleben oder Bonden möglich sind. Ein Zusammenziehen oder Ausdehnen des Rindaktuators 40 führt zu einem Zusammenziehen oder einer Ausdehnung der Ausnehmung 46, welche wiederum eine Deformation der optischen Wirkfläche 31 bewirkt. Die Deformationswirkung kann mit der eines parallel zur Oberfläche wirkenden Aktuators verglichen werden, wobei bei den Ringaktuatoren 40 die axiale Komponente bei der Auslenkung, wenn auch nur mit einem untergeordneten Beitrag, zur Deformation beitragen kann. Die derart bewirkte Deformation der optischen Wirkfläche 31 kann zur Korrektur einer thermischen Ausdehnung des Grundkörpers 30 auf Grund von Absorption elektromagnetischer Strahlung oder auch zur Korrektur von an anderer Stelle in einer Projektionsbelichtungsanlage 1 , 101 erzeugter Abbildungsfehler verwendet werden.
Die Figuren 6a und 6b zeigen eine Detailansicht der Erfindung, in welcher ein auf einem Zapfen 45 aufgeschrumpfter Ringaktuator 40 in zwei unterschiedlichen Betriebszuständen dargestellt ist. In Abhängigkeit der Betriebszustände des Ringaktuators 40 ist die Auswirkung auf die optische Wirkfläche 31 des Grundkörpers 30 dargestellt. Figur 6a zeigt einen Ringaktuator 40 in einem zusammengezogenen Betriebszustand, in dessen Folge der Zapfen eingeschnürt wird, was wiederum eine Deformation 47 aus der optischen Wirkfläche 31 heraus bewirkt.
Figur 6b zeigt einen Ringaktuator 40 in einem ausgedehnten Betriebszustand, in dessen Folge eine Einschnürung des Zapfens 45 ausgedehnt wird, was wiederum eine Deformation 47 in die optischen Wirkfläche 31 hinein bewirkt.
Figur 7a zeigt eine erste Ausführungsform des Zapfens 45, welcher zylinderförmig ausgebildet ist. Dies hat den Vorteil einer einfachen Herstellung und auch für die Ringaktuatoren 40 können Standardaktuatoren verwendet werden.
Figur 7b zeigt eine zweite Ausführungsform eines Zapfens 48, bei welchem die Kontaktfläche zum Ringaktuator konisch ausgebildet ist. Dies hat den Vorteil, dass das Fixieren des Ringaktuators 40 zumindest teilweise durch einen rein geometrischen Vorschub des Ringaktuators 40 auf den Zapfen 48 bewirkt werden kann. Die Ringaktuatoren 40 können, wie bei der Montage auf zylindrische Zapfen 45 ebenfalls hohlzylindrisch ausgebildet sein, wobei sich die hohlzylindrische Innenform des Ringaktuators 40 beim Aufschrumpfen an die konische Außengeometrie des Zapfens 48 durch eine bereichsweise Ausdehnung des Innendurchmessers des Ringaktuators 40 anpasst. Die sich dadurch ergebende über die axiale Ausdehnung des Ringaktuators 40 variierende Vorspannung des Zapfens 48 kann in der Ansteuerung berücksichtigt werden. Alternativ kann die Innengeometrie des Ringaktuators 40 ebenfalls in einer mit dem Zapfen 48 korrespondierenden Weise ausgebildet werden, so dass die Kontaktfläche des Ringaktuators 40 zum Zapfen 48 konisch ausgebildet ist. Ein Vorteil der konischen Gestaltung ist dabei der Ausgleich von Durchmessertoleranzen und die Möglichkeit des axialen Einpressens.
Die Figuren 8a und 8b zeigen in einer Variante der Erfindung eine als Ausnehmung 46, 49 ausgebildete Anbindungsgeometrie. Das in der Figur 7a und 7b Gesagte gilt grundsätzlich auch für die in den Figuren 8a und 8b dargestellte Ausführungsform, wobei sich die Aussagen selbstverständlich auf die entsprechenden Innenflächen der Ausnehmung beziehungsweise auf die Außenflächen des Ringaktuators 40 beziehen und der Ringaktuator 40 axial eingepresst oder unter Nutzung der thermischen Längenausdehnung radial eingepresst bzw. eingeschrumpft wird.
Die Figuren 9a und 9b und die Figuren 10a und 10b zeigen Modifikationen der Erfindung für die in der Figur 7a und 7b erläuterten als Zapfen 45, 48 ausgebildeten Anbindungsgeometrien und die in der Figur 8a und 8b erläuterten als Ausnehmungen 46, 49 ausgebildeten Anbindungsgeometrien. Diese umfasst einen eine Aussparung 50 umfassenden mechanischen Übertragungsbereich, welcher an Hand der in der Figur 9a dargestellten als zylindrischer Zapfen 45 ausgebildeten Ausführungsform im Folgenden im Detail erläutert wird. Die Aussparung 50 ist zentrisch in dem Zapfen 45 ausgebildet und erstreckt sich über den Zapfen hinaus in den Grundkörper 30. Die Aussparung 50 bewirkt einerseits eine Reduzierung der Steifigkeit des Zapfens 45 und des Grundkörpers 30, wodurch die Deformation der optischen Wirkfläche 31 bei gleicher Auslenkung des Ringaktuators 40 vorteilhaft geeignet modifiziert wird. Andererseits kann auch die Form der Deformation auf der optischen Wirkfläche 31 des Grundkörpers eingestellt werden, wodurch diese insbesondere bei einer Herstellung des Grundkörpers 30 und der Zapfen 45, 48, respektive der Ausnehmungen 46, 49 durch ein additives Verfahren und die damit verbundenen Möglichkeiten einer freien Geometriegestaltung, nahezu beliebig eingestellt werden kann. Die für die Figur 9a erläuterte Wirkung der Aussparung 50 können auf die in den Figuren 9b, 10a, und 10b dargestellten Ausführungsformen übertragen werden.
Figur 11a zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, in welcher ein als Spiegel Mx, 117 ausgebildetes optisches Element dargestellt ist. Dieser umfasst neben dem Grundkörper 30 mit der optischen Wirkfläche 31 auch eine als Rückplatte 51 ausgebildete Abstützstruktur, wobei die Rückplatte 51 mit den in dem Grundkörper 30 ausgebildeten konischen Zapfen 48 korrespondierende konische Zapfen 48 umfasst. Die Ringaktuatoren 40 werden in Form einer Hülse ausgebildet, so dass diese sowohl mit den Zapfen 48 der Rückplatte 51 , als auch mit den Zapfen 48 des Grundkörpers 30 verbunden werden können. Die Rückplatte 51 wirkt als eine Abstützstruktur und ist entweder mit dem Grundkörper 30 beziehungsweise mit einer anderen zur Aufnahme von Kräften ausgebildeten Struktur verbunden oder stützt sich über die Ringaktuatoren 40 am Grundkörper 30 ab. Das Abstützen über die Ringaktuatoren 40 ist dadurch möglich, dass zur Deformation der optischen Wirkfläche 31 die Ringaktuatoren 40 in den überwiegenden Fällen nicht alle in eine Richtung ausgelenkt werden und die nicht ausgelenkten Ringaktuatoren 40 die Abstützung der Rückplatte 51 übernehmen. Die Figur 11 b zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, welche, wie die in der Figur 11a erläuterte Ausführungsform, eine als Rückplatte 51 ausgebildete Abstützstruktur umfasst. Diese unterscheidet sich lediglich durch die als konische Ausnehmung 49 ausgebildete Anbindungsgeometrie. Alle weiteren Ausführungen decken sich mit dem erläuterten, so dass auf diese verwiesen wird.
Figur 12 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, welche eine Abstützstruktur mit integrierten Ringaktuatoren 40 umfasst. Eine Rückplatte 54 der Abstützstruktur ist in diesem Fall aus Aktuatormaterial 41 hergestellt, wobei nur die Bereiche der Ringaktuatoren 40 mit Elektroden 42 ausgebildet sind. Die Funktionsweise ist mit der in der Figur 11a beschriebenen Ausführungsform identisch.
Figur 13a zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, in welcher ein Detailausschnitt eines als Spiegel Mx, 117 ausgebildeten optischen Elementes mit einem Sensor 60 dargestellt ist. Der Spiegel Mx, 117 umfasst einen Grundkörper 30 mit einer optischen Wirkfläche 31 und einen auf einem konischen Zapfen 48 aufgeschrumpften Ringaktuator 40. Der Sensor 60 ist in der in der Figur 13a dargestellten Ausführungsform in der Art eines Fabry-Perot-Interferometers ausgebildet. Dieses umfasst eine Lichtquelle 61 , welcher einen Lichtstrahl 62 in Richtung der Rückseite des Grundkörpers 30 emittiert, welcher senkrecht auf die Rückseite auftrifft. Der Sensor 60 nutzt die für die verwendete Wellenlänge des Lichtstrahls 62 teildurchlässige Stirnseite des Zapfens 48 als eine erste Spiegelfläche 64 und die optische Wirkfläche 31 als eine zweite Spiegelfläche 65, wobei ein Detektor 63 die Überlagerung der Reflexe der ersten Spiegelfläche 64 und der zweiten Spiegelfläche 65 erfasst. Aus der durch eine Deformation des Grundkörpers verursachten Phasendifferenz der erfassten Lichtstrahlen kann eine Änderung des Abstands der beiden Spiegelflächen 64, 65 bestimmt werden, woraus dann die Deformation der optischen Wirkfläche 31 bestimmt werden kann. Ein Vorteil der Ausbildung des Sensors 60 im Zentrum des Ringaktuators 40 besteht darin, dass die durch den Ringaktuator 40 bewirkte Deformation von der Rückseite des Grundkörpers 30 direkt am Ort der Entstehung erfasst werden kann. Die Zugänglichkeit ist von der Rückseite des Grundkörpers 30 im Vergleich zu einer Erfassung der Deformation von der optischen Wirkfläche 31 her deutlich besser.
Figur 13b zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, in welcher ein Detailausschnitt eines als Spiegel Mx, 117 ausgebildeten optischen Elementes mit einem Sensor 60 dargestellt ist. Der Spiegel Mx, 117 umfasst eine Abstützstruktur 51 , wie sie in den Figuren 11a erläutert wurde und einen Sensor 60, welcher ebenfalls in der Art eines Fabry-Perot-Interferometers ausgebildet ist. Im Gegensatz zu der in der Figur 13a erläuterten Anordnung, nutzt der Sensor 60 die beiden Stirnflächen der an der Rückplatte 51 und an dem Grundkörper 30 ausgebildeten konischen Zapfen 48 als erste Spiegelfläche 64 und als zweite Spiegelfläche 65. Auf die Deformation der optischen Fläche kann mit Hilfe von Kalibrierdaten oder modellbasierter Vorhersage, beispielsweise FEM, geschlossen werden.
Figur 14 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung eines Montageprozesses eines Ringaktuators in eine als Ausnehmung ausgebildete Anbindungsgeometrie. Auf der Ordinate des Diagramms ist der Außendurchmesser des Ringaktuators angegeben und auf der Abszisse die Ansteuerungsspannung. Der Ringaktuator wird in der gezeigten Ausführungsform nur mit positiver Spannung angesteuert und der Durchmesser des Ringaktuators verringert sich mit steigender Spannung. Zur Montage wird der Ringaktuator in einem ersten Spannungsbereich SM angesteuert, so dass der Durchmesser sicher kleiner als der toleranzbehaftete Durchmesserbereich TÄ der Ausnehmung ist. Der Spannungsbereich für die Ansteuerung im Betrieb SB liegt unterhalb des Spannungsbereichs SM der Montage und unterhalb der Spannung SG, bei welcher der Ringaktuator einen Durchmesser kleiner oder gleich der größten Durchmessertoleranz TÄ der Ausnehmung aufweist. Innerhalb des Spannungsbereichs SB für den Betrieb liegt die sogenannte Nullspannung SN, welche der Spannung entspricht, bei welcher die optische Wirkfläche ihre vorbestimmte Oberflächenform aufweist. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die optische Wirkfläche nach der Montage der Ringaktuatoren nochmals überarbeitet wird, wobei alle Ringaktuatoren mit ihrer Nullspannung SN angesteuert werden. Alternativ kann die durch die Nullspannung SN bewirkte Deformation auch bei der Herstellung der optischen Wirkfläche vorgehalten werden.
Bezugszeichenliste
1 Projektionsbelichtungsanlage
2 Beleuchtungssystem
3 Strahlungsquelle
4 Beleuchtungsoptik
5 Objektfeld
6 Objektebene
7 Retikel
8 Retikelhalter
9 Retikelverlagerungsantrieb
10 Projektionsoptik
11 Bildfeld
12 Bildebene
13 Wafer
14 Waferhalter
15 Waferverlagerungsantrieb
16 EUV-Strahlung
17 Kollektor
18 Zwischenfokusebene
19 Umlenkspiegel
20 Facettenspiegel
21 Facetten
22 Facettenspiegel
23 Facetten
30 Grundkörper
31 optische Wirkfläche
32 Rückseite des Grundkörpers
40 Ringaktuator
41 Aktuatormaterial
42 Elektroden 3 Leitung 4 Ansteuerung 5 Zapfen 6 Ausnehmung 7 Deformation 8 Zapfen konisch 9 Ausnehmung konisch 0 Aussparung 1 Rückplatte 4 Integrierte Rückplatte 0 Sensor 1 Lichtquelle 2 Laserstrahl 3 Detektor 4 erste Spiegelfläche 5 zweite Spiegelfläche
101 Projektionsbelichtungsanlage
102 Beleuchtungssystem
107 Retikel
108 Retikelhalter
110 Projektionsoptik
113 Wafer
114 Waferhalter
116 DUV-Strahlung
117 optisches Element
118 Fassungen
119 Objektivgehäuse
M1-M6 Spiegel
SN Spannung Nullpunkt
SM Spannungsbereich Montage
SB Spannungsbereich Betrieb SG Spannung unterer Toleranzbereich Ausnehmung
TA Toleranz Ausnehmung

Claims

Patentansprüche
1 . Optisches Element (Mx, 117) für eine Projektionsbelichtungsanlage (1 , 101 ) für die Halbleiterlithographie mit einem Grundkörper (30) und mindestens zwei mit dem Grundkörper (30) verbundenen Aktuatoren (40), wobei die Aktuatoren zur Deformation einer optischen Wirkfläche (31 ) des optischen Elements (Mx,117) eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Aktuatoren (40) als Ringaktuatoren ausgebildet sind.
2. Optisches Element (Mx,117) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Ringaktuatoren (40) über eine Anbindungsgeometrie (45,46,48,49) mit dem Grundkörper (30) verbunden ist.
3. Optisches Element (Mx, 117) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anbindungsgeometrie (45,48) als ein auf dem Grundkörper (30) angeordneter Zapfen (45,48) ausgebildet ist.
4. Optisches Element (Mx,117) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (30) und der Zapfen (45,48) monolithisch ausgebildet sind.
5. Optisches Element nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (30) und der Zapfen (45,48) miteinander stoffschlüssig verbunden sind.
6. Optisches Element (Mx, 117) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anbindungsgeometrie (46,49) als eine in dem Grundkörper (30) angeord- nete Ausnehmung (46,49) ausgebildet ist. Optisches Element (Mx, 117) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche mindestens eines Ringaktuators (40) zur Anbindungsgeometrie (48,49) des Grundkörpers (30) konisch ausgebildet ist. Optisches Element (Mx, 117) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche der Anbindungsgeometrie (48,49) des Grundkörpers (30) zu mindestens einem Ringaktuator (40) konisch ausgebildet ist. Optisches Element (Mx,117) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Ringaktuator (40) durch Aufschrumpfen oder Einschrumpfen mit der Anbindungsgeometrie (48,49) verbunden ist. Optisches Element (Mx, 117) nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Anbindungsgeometrie (48,49) mindestens eines Ringaktuators (40) einen mechanischen Übertragungsbereich (50) umfasst. Optisches Element (Mx, 117) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Übertragungsbereich (50) derart ausgebildet ist, dass er eine gegen die Auslenkung des Ringaktuators (50) wirkende Steifigkeit reduziert. Optisches Element (Mx,117) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Ringaktuator (40) zwischen dem Grundkörper (30) und einer Abstützstruktur (51 ,54) angeordnet ist. Optisches Element (Mx,117) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützstruktur (51 ) eine zu mindestens einem Ringaktuator (40) korrespondierende Anbindungsgeometrie (48,49) umfasst. Optisches Element (Mx, 117) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Ringaktuator (40) mit einer im Grundkörper (30) und einer in der Abstützstruktur (51 ,54) als Zapfen (48) oder Ausnehmungen (49) ausgebildeten Anbindungsgeometrie verbunden ist. Optisches Element (Mx,117) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Ringaktuator (40) in die Abstützstruktur (54) integriert ist. Optisches Element (Mx,117) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
Elektroden (42) und Aktuatormaterial (41 ) mindestens eines Ringaktuators (40) in Schichten radial oder axial ausgerichtet sind. Optisches Element (Mx, 117) für eine Projektionsbelichtungsanlage (1 , 101 ) für die Halbleiterlithographie, wobei das optische Element (Mx,117) einen Sensor (60) zur Bestimmung der Deformation einer optischen Wirkfläche (31 ) des optischen Elementes (Mx,117) umfasst , wobei der Sensor (60) dazu eingerichtet ist, ein Signal zu erfassen, welches eine Korrelation mit der Deformation der optischen Wirkfläche (31 ) zulässt. Optisches Element (Mx,117) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (60) ein Interferometer umfasst. Optisches Element (Mx,117) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (60) ein Fabry-Perot-Interferometer umfasst. Optisches Element (Mx,117) nach einem der Ansprüche 17-19, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem optischen Element (Mx,117) um einen deformierbaren Spiegel handelt. Optisches Element (Mx,117) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem deformierbaren Spiegel um einen kraftaktuierten Spiegel handelt.
22. Optisches Element (Mx,117) nach Anspruch 20 oder 21 , dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem deformierbaren Spiegel um einen festkörperaktuierten Spiegel handelt.
23. Optisches Element (Mx,117) nach einem der Ansprüche 17-22, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem optischen Element (Mx,117) um ein optisches Element (Mx,117) nach den Ansprüchen 1 -16 handelt.
24. Optisches Element (Mx,117) nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aktuierungsrichtung mindestens eines Aktuators (40) normal zu einer Kontaktfläche des Aktuators (40) mit dem optischen Element (Mx,117) ausgerichtet ist.
25. Optisches Element (Mx,117) nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aktuierungsrichtung mindestens eines Aktuators (40) parallel zu einer Kontaktfläche des Aktuators (40) mit dem optischen Element (Mx,117) ausgerichtet ist.
26. Optisches Element (Mx,117) nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (60) die Deformation der optischen Wirkfläche (31 ) durch das Zentrum mindestens eines Ringaktuators (40) erfasst.
27. Projektionsbelichtungsanlage (1 , 101 ) mit einem optischen Element (Mx, 117) nach einem der Ansprüche 1 bis 26.
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