DE102012200736A1

DE102012200736A1 - Spiegelanordnung, insbesondere zum Einsatz in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage

Info

Publication number: DE102012200736A1
Application number: DE102012200736A
Authority: DE
Inventors: Boaz Pnini-Mittler
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2012-01-19
Filing date: 2012-01-19
Publication date: 2013-07-25
Also published as: US20140293255A1; JP6126627B2; EP2805204B1; KR102049618B1; WO2013107762A1; KR20140123047A; EP2805204A1; JP2015505642A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Spiegelanordnung, insbesondere zum Einsatz in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, mit einer Mehrzahl von Einzelspiegeln (101, 102, 103, 104, ...) und einer Mehrzahl von Festkörpergelenken (151, 152, 153, 154, ...), wobei jeder Einzelspiegel (101, 102, 103, 104, ...) über eines dieser Festkörpergelenke um mindestens eine Kippachse verkippbar ist, und wobei die Festkörpergelenke (151, 152, 153, 154, ...) in ein gemeinsames Bauteil integriert sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Spiegelanordnung, insbesondere zum Einsatz in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Facettenspiegel einer Beleuchtungseinrichtung einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.
Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise oder LCD’s, angewendet. Der Mikrolithographieprozess wird in einer sogenannten Projektionsbelichtungsanlage durchgeführt, welche eine Beleuchtungseinrichtung und ein Projektionsobjektiv aufweist. Das Bild einer mittels der Beleuchtungseinrichtung beleuchteten Maske (= Retikel) wird hierbei mittels des Projektionsobjektivs auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes und in der Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnetes Substrat (z.B. ein Siliziumwafer) projiziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen.
In für den EUV-Bereich ausgelegten Projektionsobjektiven, d.h. bei Wellenlängen von z.B. etwa 13 nm oder etwa 7 nm, werden mangels Verfügbarkeit geeigneter lichtdurchlässiger refraktiver Materialien Spiegel als optische Komponenten für den Abbildungsprozess verwendet.
In der Beleuchtungseinrichtung einer für den Betrieb im EUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage ist der Einsatz von Facettenspiegeln in Form von Feldfacettenspiegeln und Pupillenfacettenspiegeln als bündelführende Komponenten z.B. aus DE 10 2008 009 600 A1 bekannt. Derartige Facettenspiegel sind aus einer Vielzahl von Einzelspiegeln aufgebaut, welche jeweils zum Zwecke der Justage oder auch zur Realisierung bestimmter Beleuchtungswinkelverteilungen über Festkörpergelenke kippbar ausgelegt sind.
Dabei ist es herkömmlicherweise insbesondere üblich, die entsprechenden Festkörpergelenke unmittelbar in die Einzelspiegel zu integrieren. Eine solche Ausgestaltung der Einzelspiegel mit integrierten Festkörpergelenken hat jedoch den Nachteil, dass durch in den als optische Präzisionsbauteile ohnehin aufwendig zu fertigenden Einzelspiegeln zusätzlich integrierte Festkörpergelenke die Komplexität der betreffenden optischen Bauteile und damit auch der Fertigungs- und Kostenaufwand der Anlage insgesamt wesentlich erhöht wird. Dies gilt umso mehr dann, wenn die Einzelspiegel nicht aus einem metallischen Material wie z.B. Kupfer, sondern – etwa zur Erfüllung bestimmter EUV-Spezifikationen – aus einem keramischen Material (z.B. Silizium) hergestellt sind, in welchem infolge der typischerweise spröden Materialeigenschaften die Realisierung von Festkörpergelenken besonders schwierig und aufwendig zur realisieren ist.
Vor dem obigen Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Spiegelanordnung mit einer Mehrzahl von Einzelspiegeln, insbesondere zum Einsatz in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, bereitzustellen, in welcher die erforderliche Aktuierbarkeit bzw. Verkippbarkeit der Einzelspiegel mit vergleichsweise geringem fertigungstechnischen Aufwand realisiert ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst.
Eine Spiegelanordnung, insbesondere zum Einsatz in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, weist auf:

– eine Mehrzahl von Einzelspiegeln; und
– eine Mehrzahl von Festkörpergelenken, wobei jeder Einzelspiegel über eines dieser Festkörpergelenke um mindestens eine Kippachse verkippbar ist;
– wobei die Festkörpergelenke in ein gemeinsames Bauteil integriert sind.

Der Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, bei einer Spiegelanordnung mit einer Mehrzahl von jeweils über Festkörpergelenke verkippbaren Einzelspiegeln die Festkörpergelenke in ein (für alle Einzelspiegel bzw. für alle Festkörpergelenke) gemeinsames, jedoch von den Einzelspiegeln mechanisch separat ausgebildetes Bauteil zu integrieren. Durch die Erfindung wird somit insbesondere ein insofern modularer Aufbau geschaffen, als die Einzelspiegel der Spiegelanordnung als rein optische Bauteile ohne zusätzliche mechanische Funktionalität gefertigt werden, wohingegen die für die Aktuierung der Einzelspiegel erforderliche Funktionalität durch ein von den Einzelspiegeln separates, sämtliche Festkörpergelenke integriert enthaltendes Bauteil bereitgestellt wird. Infolgedessen werden im Ergebnis Komplexität und Fertigungsaufwand der erfindungsgemäßen Spiegelanordnung wesentlich reduziert.
Aufgrund des vorstehend erläuterten modularen Aufbaus können insbesondere die Einzelspiegel einerseits und das die Festkörpergelenke aufweisende Bauteil andererseits aus unterschiedlichen, im Hinblick auf den Einsatzzweck optimalen Materialien hergestellt sein. So können etwa die Festkörpergelenke weiterhin aus einem geeigneten metallischen Material gebildet sein, wohingegen die Einzelspiegel etwa zur Erfüllung bestimmter EUV-Spezifikationen aus keramischem Material wie z.B. Silizium hergestellt sein können.
Gemäß einer Ausführungsform ist in der erfindungsgemäßen Spiegelanordnung das die Festkörpergelenke aufweisende, gemeinsame Bauteil mit den Einzelspiegeln lösbar verbunden, wobei diese lösbare Verbindung insbesondere, wie im Weiteren noch näher erläutert, über eine Klemmverbindung realisiert sein kann.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Festkörpergelenke als Blattfedergelenke ausgebildet. Diese Blattfedergelenke können insbesondere in einer das gemeinsame Bauteil bildenden Gelenkplatte ausgebildet sein. Hierzu kann beispielsweise die das gemeinsame Bauteil bildende Gelenkplatte als ein Blech gefertigt sein, in welches die Blattfedergelenke unmittelbar (z.B. mittels Photoätzen) eingeschnitten sind.
Gemäß einer Ausführungsform ermöglicht jedes der Festkörpergelenke eine Aktuierung des jeweils zugeordneten, insbesondere über eine mechanische Klemmverbindung mechanisch angekoppelten Einzelspiegels in zwei rotatorischen Freiheitsgraden. Konkret können die Einzelspiegel um zwei zueinander senkrechte und z.B. in einer zur Lichteinfallsrichtung senkrechten Ebene (x-y-Ebene) liegende Kippachsen verkippbar sein.
Des Weiteren sind die Festkörpergelenke vorzugsweise so ausgebildet, dass sie eine Aktuierung des jeweils zugeordneten Einzelspiegels in (genau) einem translatorischen Freiheitsgrad ermöglichen. Hierbei können insbesondere die Einzelspiegel jeweils über das zugeordnete Festkörpergelenk in axialer bzw. zur Spiegelebene senkrechter Richtung über das Festkörpergelenk verschiebbar bzw. beweglich sein, wodurch insbesondere im Betrieb auftretende thermische Ausdehnungen, beispielsweise Längenausdehnungen eines zur Aktuierung der Einzelspiegel jeweils an diesen angebrachten Stifts bzw. Stössels, aufgefangen werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist das die Festkörpergelenke aufweisende gemeinsame Bauteil mit einem Träger flächig, z.B. über eine Löt- oder Schweißverbindung (etwa mittels Diffusions- oder Laserschweißen unter Verwendung einer Vielzahl von Schweißpunkten), fest verbunden. Bei diesem Träger kann es sich insbesondere (jedoch ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt wäre) um eine Komponente eines Kühlers zur Kühlung der Spiegelanordnung (etwa um eine obere Kühlerplatte dieses Kühlers) handeln.
Die Erfindung betrifft ferner ein optisches System, insbesondere eine Beleuchtungseinrichtung, einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, wobei das optische System eine erfindungsgemäße Spiegelanordnung mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen aufweist. Des Weiteren betrifft die Erfindung auch eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage, insbesondere für die EUV-Lithographie, mit einem solchen optischen System.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigen:
1–3 schematische Darstellungen zur Erläuterung einer Ausführungsform der Erfindung; und
4 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, in welcher die Erfindung realisierbar ist.
Im Weiteren wird der Aufbau einer erfindungsgemäßen Spiegelanordnung anhand einer Ausführungsform unter Bezugnahme auf die schematischen Darstellungen in 1–3 beschrieben. Hierbei zeigt 1 eine schematische Querschnittsansicht, 2 eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts der Anordnung (unter Weglassung der Einzelspiegel) und 3 eine vergrößerte perspektivische Darstellung eines Teils der Spiegelanordnung und insbesondere eines in dieser enthaltenen Festkörpergelenks.
Wie am besten aus 1 und 3 ersichtlich ist, weist eine erfindungsgemäße Spiegelanordnung eine Mehrzahl von Einzelspiegeln 101, 102, 103, 104, ... auf, welche jeweils über ein zugeordnetes Festkörpergelenk 151, 152, 153, 154, ... um mindestens eine Kippachse (im Ausführungsbeispiel um zwei zueinander senkrechte Kippachsen) verkippbar sind. Die Festkörpergelenke 151, 152, 153, 154, ... sind, wie am besten aus 2 ersichtlich, in ein gemeinsames Bauteil integriert, welches im Ausführungsbeispiel als eine Gelenkplatte 150 ausgebildet ist, in welcher die Festkörpergelenke 151, 152, 153, 154, ... als Blattfedergelenke durch Erzeugung entsprechender Ausschnitte in der Gelenkplatte 150 (etwa mittels Photoätzen) integriert sind.
Die Festkörpergelenke 151, 152, 153, 154, ... sind im konkreten Ausführungsbeispiel derart ausgestattet, dass zusätzlich zu der Aktuierbarkeit in zwei rotatorischen Freiheitsgraden (entsprechend einer Drehung um die x- bzw. y-Achse, d.h. den Freiheitsgraden Rx und Ry) eine Aktuierbarkeit in einem translatorischen Freiheitsgrad (entsprechend einer Verschiebbarkeit entlang der z-Achse) bereitgestellt wird. Wie in 3 für das Festkörpergelenk 152 dargestellt, ist jedes Festkörpergelenk 151, 152, 153, 154, ... hierzu mit drei in bezogen auf die z-Achse tangentialer Richtung verlaufenden, flügelartig ausgeschnittenen Abschnitten 152a, 152b und 152c ausgebildet und als Blattfedergelenk hergestellt.
Während durch die Freiheitsgrade Rx und Ry die z.B. zu Justagezwecken benötigte Verkippbarkeit der Einzelspiegel gewährleistet ist, kann durch den zusätzlichen translatorischen Freiheitsgrad in z-Richtung eine im Betrieb auftretende thermische Ausdehnung (z.B. eine Längenausdehnung) eines in 1 gezeigten und u.a. zur Aktuierung des betreffenden Einzelspiegels 102 dienenden Stifts bzw. Stössels 142 aufgefangen werden.
Unter erneuter Bezugnahme auf 1 sind die betreffenden, den Einzelspiegeln 101, 102, 103, 104, ... zugeordneten Stifte bzw. Stössel (von denen nur der Stift bzw. Stössel 142 zu sehen ist) jeweils innerhalb eines rohr- bzw. hülsenförmigen Elements 131, 132, 133, ... angeordnet und in den (jeweils mit einem Gewinde versehenen) Spiegelkörper des jeweils zugeordneten Einzelspiegels 101, 102, 103, ... (gemäß 1 mittels eines stirnseitig vorgesehenen Gewindestifts 142a) eingeschraubt.
Die das gemeinsame Bauteil zur Integration der Festkörpergelenke 151, 152, 153, 154, ... bildende Gelenkplatte 150 ist, wie am besten aus 1 ersichtlich, über eine Klemmverbindung mit den Einzelspiegeln 101, 102, 103, 104, ... lösbar verbunden. Konkret erfolgt diese Klemmung der Gelenkplatte 150 im Ausführungsbeispiel zwischen den Einzelspiegeln 101, 102, 103, 104, ... einerseits und einem Träger 110 andererseits, wobei dieser Träger wiederum im Ausführungsbeispiel eine Komponente eines (aus dem Träger 110 sowie einer weiteren Kühlplatte 120 gebildeten) Kühlers zur Kühlung der Spiegelanordnung bildet. Das zur Kühlung verwendete Kühlfluid fließt innerhalb dieses Kühlers im Bereich zwischen den rohr- bzw. hülsenförmigen Elementen 131, 132, 133, ..., wobei diese rohrförmigen Elemente 131, 132, 133, ... wie bereits beschrieben jeweils in ihrem Inneren einen der in den jeweiligen Einzelspiegel 101, 102, 103, 104, ... eingeschraubten Stifte (z.B. den Stift 142 in 1) aufnehmen und wobei diese Stifte ihrerseits über auf der Unterseite bzw. auf der den Einzelspiegeln 101, 102, 103, 104, ... abgewandten Seite der unteren Kühlerplatte 120 befindliche Fixierelemente 171, 172, 173, ... z.B. in Form von Schrauben fixiert sind.
Die Verbindung zwischen der Gelenkplatte 150 und dem Träger 110 ist im Ausführungsbeispiel als flächige Verbindung insbesondere durch Löten oder Schweißen (z.B. Diffusions- oder Laserschweißen mit einer Vielzahl von Schweißpunkten) realisiert. Wie aus 1 ersichtlich, ist ferner die Gelenkplatte 150 im Bereich unterhalb des Randabschnitts jedes Einzelspiegels jeweils mit einer Aussparung 160 in Form einer Ausbohrung versehen, welche bewirkt, dass die Gelenkplatte 150 in diesem Bereicht über ein zur Justage benötigtes Spiel verfügt. Hierdurch wird dem Umstand Rechnung getragen, dass der Drehpunkt des jeweiligen Festkörpergelenks 151, 152, 153, 154, ... auf der Elementachse der jeweiligen Einzelspiegels 101, 102, 103, 104, ... liegt, so dass das Festkörpergelenk 151, 152, 153, 154, ... sich während der Justage auf seiner einen Seite etwas nach oben und auf seiner anderen Seite etwas nach unten bewegt, was durch die Aussparung 160 zugelassen wird.
Ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt wäre, können beispielhafte Abmessungen der in 1–3 gezeigten Anordnungen etwa wie folgt realisiert sein: Bei einem beispielhaften Abstand der jeweiligen Achsen der Einzelspiegel 101, 102, 103, 104, ... in der Größenordnung von einigen Millimetern (z.B. 5 mm) können die Festkörpergelenke 151, 152, 153, 154, ... etwa mit einem Außendurchmesser der jeweiligen Blattfedergelenke von ca. 4 mm bei einer Dicke der Gelenkplatte von wenigen Zehntelmillimetern (z.B. 0.3 mm) realisiert sein. Als Material der Gelenkplatte 150 kann (ebenfalls ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt wäre) z.B. ein Metall mit guter Wärmeleitfähigkeit wie etwa eine Kupferlegierung verwendet werden.
Wenngleich die Erfindung vorstehend anhand eines Facettenspiegels (insbesondere eines Pupillenfacettenspiegels) als Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt. So besteht eine weitere beispielhafte Realisierungsmöglichkeit auch in einer auch als „MMA“ bezeichneten Mikrospiegelanordnung (= Micro Mirror Array“), wie sie in einer Beleuchtungseinrichtung zur Erzeugung unterschiedlicher Beleuchtungssettings (d.h. Intensitätsverteilungen in einer Pupillenebene der Beleuchtungseinrichtung) verwendet wird und welche ebenfalls eine Vielzahl unabhängig voneinander verstellbarer Einzelspiegel aufweist. Eine solche Beleuchtungseinrichtung bzw. die zugehörige mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage kann auch für den Betrieb DUV (d.h. bei Wellenlängen von z.B. ca. 193 nm oder ca. 157 nm) ausgelegt sein.
4 zeigt lediglich schematisch den Aufbau einer für den Betrieb im EUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, in welcher die vorliegende Erfindung realisierbar ist.
Die in 4 dargestellte mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage 1 weist eine Beleuchtungseinrichtung 2 und ein Projektionsobjektiv 3 auf, wobei die Beleuchtungseinrichtung eine Objektebene OP der Projektionsobjektives 3 beleuchtet. Das von einer Plasma-Strahlungsquelle 4 erzeugte EUV-Beleuchtungslicht gelangt über einen Kollektorspiegel 5 auf eine Zwischenfokusebene IMI und von dort über einen Feldfacettenspiegel 6 auf einen Pupillenfacettenspiegel 7, welcher gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ausgestaltet sein. Von dem Pupillenfacettenspiegel 7 gelangt das Beleuchtungslicht über eine Übertragungsoptik aus Spiegeln 8–10 in die Objektebene OP, in welcher eine abzubildende Strukturen aufweisende Maske (Retikel) angeordnet ist. Die Maskenstrukturen werden über das Projektionsobjektiv 3 auf die lichtempfindliche Beschichtung eines in der Bildebene IP des Projektionsobjektivs 3 befindlichen Substrats (Wafer) übertragen.
Wenn die Erfindung auch anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben wurde, erschließen sich für den Fachmann zahlreiche Variationen und alternative Ausführungsformen, z.B. durch Kombination und/oder Austausch von Merkmalen einzelner Ausführungsformen. Dementsprechend versteht es sich für den Fachmann, dass derartige Variationen und alternative Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung mit umfasst sind, und die Reichweite der Erfindung nur im Sinne der beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalente beschränkt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008009600 A1 [0004]

Claims

Spiegelanordnung, insbesondere zum Einsatz in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, mit: • einer Mehrzahl von Einzelspiegeln (101, 102, 103, 104, ...); und • einer Mehrzahl von Festkörpergelenken (151, 152, 153, 154, ...), wobei jeder Einzelspiegel (101, 102, 103, 104, ...) über eines dieser Festkörpergelenke um mindestens eine Kippachse verkippbar ist; • wobei die Festkörpergelenke (151, 152, 153, 154, ...) in ein gemeinsames Bauteil integriert sind.
Spiegelanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese ein Facettenspiegel, insbesondere ein Pupillenfacettenspiegel einer Beleuchtungseinrichtung einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, ist.
Spiegelanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelspiegel (101, 102, 103, 104, ...) mit dem gemeinsamen Bauteil lösbar verbunden sind.
Spiegelanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass diese lösbare Verbindung über eine Klemmverbindung erfolgt.
Spiegelanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Festkörpergelenke (151, 152, 153, 154, ...) als Blattfedergelenke ausgebildet sind.
Spiegelanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Blattfedergelenke in einer das gemeinsame Bauteil bildenden Gelenkplatte (150) ausgebildet sind.
Spiegelanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das gemeinsame Bauteil mit einem Träger (110) flächig fest verbunden ist.
Spiegelanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass diese flächige Verbindung über eine Löt- oder Schweißverbindung erfolgt.
Spiegelanordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (110) eine Komponente eines Kühlers zur Kühlung der Spiegelanordnung ist.
Spiegelanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes dieser Festkörpergelenke (151, 152, 153, 154, ...) eine Aktuierung des jeweils zugeordneten Einzelspiegels (101, 102, 103, 104, ...) in zwei rotatorischen Freiheitsgraden (Rx, Ry) ermöglicht.
Spiegelanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes dieser Festkörpergelenke (151, 152, 153, 154, ...) eine Aktuierung des jeweils zugeordneten Einzelspiegels (101, 102, 103, 104, ...) in einem translatorischen Freiheitsgrad (z) ermöglicht.
Spiegelanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelspiegel (101, 102, 103, 104, ...) und das gemeinsame Bauteil aus voneinander verschiedenen Materialien hergestellt sind.
Spiegelanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelspiegel (101, 102, 103, 104, ...) aus einem keramischen Material hergestellt sind.
Spiegelanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese ein Facettenspiegel, insbesondere ein Pupillenfacettenspiegel einer Beleuchtungseinrichtung, ist.
Optisches System einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System eine Spiegelanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage, insbesondere für die EUV-Lithographie, dadurch gekennzeichnet, dass diese ein optisches System nach Anspruch 15 aufweist.