DE102012204295A1

DE102012204295A1 - Filterelement

Info

Publication number: DE102012204295A1
Application number: DE201210204295
Authority: DE
Inventors: Günther Dengel; Bernhard Sitek; Maik-René Piatkowski; Joachim Hartjes
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2012-03-19
Filing date: 2012-03-19
Publication date: 2013-03-28

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Filterelement für eine Projektionsbelichtungsanlage mit einer Membran aus einer dünnen Folie, die Licht eines bestimmten Wellenlängenbereichs durchlässt und ansonsten eine physikalische Sperrfunktion bereitstellt, wobei das Filterelement aus mehreren Segmenten aufgebaut ist und wobei jedes Segment einen Segmentrahmen aufweist, in dem eine Membran eines Segments gehalten ist, und wobei die Segmente untereinander lösbar verbunden sind. Außerdem betrifft die Erfindung ein Filterelement für eine Projektionsbelichtungsanlage mit einer Membran aus einer dünnen Folie, die Licht eines bestimmten Wellenlängenbereichs durchlässt und ansonsten eine physikalische Sperrfunktion bereitstellt, wobei die Folie ein oder mehrere Versteifungselemente (63) umfasst, die in der Folie integriert oder beidseitig der Folie angeordnet sind. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Projektionsbelichtungsanlage mit einem entsprechenden Filterelement.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung trifft ein Filterelement für eine Projektionsbelichtungsanlage mit einer Membran aus einer dünnen Folie, die Licht eines bestimmten Wellenlängenbereichs durchlässt und ansonsten eine physikalische Sperrfunktion bereitstellt, sowie eine entsprechende Projektionsbelichtungsanlage mit einem derartigen Filterelement.
STAND DER TECHNIK
Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlagen dienen zur Herstellung von mikrostrukturierten Bauelementen mittels eines photolithographischen Verfahrens. Dabei wird eine strukturtragende Maske, das sogenannte Retikel, mit Hilfe einer Lichtquelleneinheit und einer Beleuchtungsoptik beleuchtet und mit Hilfe einer Projektionsoptik auf eine photosensitive Schicht abgebildet. Dabei stellt die Lichtquelleneinheit eine Strahlung zur Verfügung, die in die Beleuchtungsoptik geleitet wird. Die Beleuchtungsoptik dient dazu, am Ort der strukturtragenden Maske eine gleichmäßige Ausleuchtung mit einer vorbestimmten winkelabhängigen Intensitätsverteilung zur Verfügung zu stellen. Hierzu sind innerhalb der Beleuchtungsoptik verschiedene geeignete optische Elemente vorgesehen. Die so ausgeleuchtete strukturtragende Maske wird mit Hilfe der Projektionsoptik auf eine photosensitive Schicht abgebildet. Dabei wird die minimale Strukturbreite, die mit Hilfe einer solchen Projektionsoptik abgebildet werden kann, unter anderem durch die Wellenlänge der verwendeten Strahlung bestimmt. Je kleiner die Wellenlänge der Strahlung ist, desto kleinere Strukturen können mit Hilfe der Projektionsoptik abgebildet werden. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft Strahlung mit der Wellenlänge 5 nm bis 15 nm zu verwenden.
Um jedoch Strahlung der Wellenlänge 5 nm bis 15 nm zu verwenden, ist es erforderlich ein leuchtendes Quellplasma als Lichtquelle einzusetzen. Eine derartige Lichtquelleneinheit kann zum Beispiel als eine Laserplasmaquelle (LPP Laser Pulsed Plasma) ausgebildet sein. Bei diesem Quelltyp wird ein eng begrenztes Quellplasma erzeugt, indem ein kleines Materialtröpfchen mit einem Tröpfchengenerator hergestellt wird und an einen vorbestimmten Ort verbracht wird. Dort wird das Materialtröpfchen mit einem hochenergetischen Laser bestrahlt, so dass das Material in einen Plasmazustand übergeht und Strahlung im Wellenlängenbereich 5 nm bis 15 nm emittiert. Als Laser kommt z. B. ein Infrarotlaser mit der Wellenlänge 10 μm zum Einsatz. Alternativ kann die Lichtquelleneinheit auch als eine Entladungsquelle ausgebildet sein, bei der das Quellplasma mit Hilfe einer Entladung erzeugt wird. In beiden Fällen tritt neben der gewünschten Strahlung mit einer ersten Wellenlänge im Bereich von 5 nm bis 15 nm, die vom Quellplasma emittiert wird, auch Strahlung mit einer zweiten, unerwünschten Wellenlänge auf. Hierbei handelt es sich z. B. um von Quellplasma emittierte Strahlung außerhalb des gewünschten Bereiches von 5 nm bis 15 nm oder insbesondere bei der Verwendung einer Laserplasmaquelle um Laserstrahlung, die vom Quellplasma reflektiert wurde. Damit liegt die zweite Wellenlänge typischerweise im Infrarotbereich mit Wellenlängen von 0,78 μm bis 1000 μm, insbesondere im Bereich von 3 μm bis 50 μm. Beim Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage mit einer Laserplasmaquelle entspricht die zweite Wellenlänge insbesondere der Wellenlänge des zur Erzeugung des Quellplasmas verwendeten Lasers. Beim Einsatz eines CO₂ Lasers ist dies z. B. die Wellenlänge 10,6 μm. Die Strahlung mit der zweiten Wellenlänge kann nicht zur Abbildung der strukturtragenden Maske verwendet werden, da die Wellenlänge zur Abbildung der Maskenstrukturen im Nanometer – Bereich zu groß ist. Die Strahlung mit der zweiten Wellenlänge führt daher nur zu einer unerwünschten Untergrundhelligkeit in der Bildebene. Weiterhin führt die Strahlung der zweiten Wellenlänge zu einer Erwärmung der optischen Elemente der Beleuchtungsoptik und der Projektionsoptik. Aus diesen beiden Gründen wird ein Filterelement zur Unterdrückung von Strahlung mit der zweiten Wellenlänge vorgesehen.
Als Filterelemente können Membranfolien eingesetzt werden, die aus einem Material hergestellt sind, welches Strahlung mit der ersten gewünschten Wellenlänge durchlässt und Strahlung mit einer zweiten Wellenlänge absorbiert bzw. reflektiert. Beispielsweise kann dies eine Zirkonfolie mit einer Dicke im Bereich von kleiner oder gleich 500 nm sein.
Derartige dünne Folien besitzen jedoch den Nachteil, dass sie leicht beschädigt werden können, insbesondere durch Belastungen während der Herstellung oder des Einbaus, so dass unter Umständen eine hohe Anzahl von Filterelementen erforderlich sind, was den Aufwand erhöht. Darüber hinaus können Schädigungen auch während des Betriebs zum Beispiel durch Strahlungsbelastung oder durch Belastungen aufgrund von Druckunterschieden im System auftreten. Dies kann zur Zerstörung des Filterelements führen hat den nachteiligen Effekt, dass nicht nur die Filterwirkung verloren geht, sondern dass auch Teile des beschädigten Filterelements bzw. der Filtermembran die Projektionsbelichtungsanlage kontaminieren können.
Diese Problematik tritt nicht nur bei den oben beschriebenen Spektralfiltern auf, sondern kann allgemein bei entsprechenden Filtern mit dünnen Membranfolien auftreten, die beispielsweise auch zum Filtern von Debris oder dergleichen eingesetzt werden können.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
AUFGABE DER ERFINDUNG
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Filterelement zu schaffen, welches die oben beschriebenen Probleme vermeidet und insbesondere weniger anfällig für Beschädigungen oder gar Zerstörung ist. Gleichzeitig sollen jedoch die Eigenschaften des Filterelements mit guten Filterwirkungen sowie geringen nachteiligen Beeinflussungen des Projektionsbelichtungssystems erhalten bleiben. Darüber hinaus soll das Filterelement einfach herstellbar sein.
TECHNISCHE LÖSUNG
Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Filterelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einer Projektionsbelichtungsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 16. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung schlägt nach einem ersten Aspekt der Erfindung vor, ein Filterelement mit einer dünnen Membranfolie so auszugestalten, dass das Filterelement aus mehreren Segmenten aufgebaut ist, wobei jedes Segment eine einzelne Segmentmembran umfasst, die in einem Segmentrahmen aufgenommen ist. Durch die Unterteilung eines Filterelements in mehrere Segmente werden die Dimensionen der Segmente gegenüber den Dimensionen des gesamten Filterelements verkleinert, wodurch das Zerstörungsrisiko für eine dünne Membran reduziert werden kann. Das Gesamtfilterelement kann dann durch die lösbare Verbindung der einzelnen Segmente zusammengesetzt werden. Dies hat neben dem Vorteil eines geringeren Zerstörungsrisikos zudem den Vorteil, dass einzelne Segmente ausgetauscht werden können, sodass bei einer Zerstörung eines einzelnen Segments nicht das gesamte Filterelement ausgetauscht werden muss, sondern nur das beschädigte Segment.
Die Segmente können in unterschiedlichen Formen ausgebildet werden, wie beispielsweise als Dreiecke, Vierecke, Rechtecke, Quadrate, Fünfecke, Sechsecke, Achtecke oder andere geeignete Formen. Sämtliche Segmente des Filterelements können die gleiche Form aufweisen oder unterschiedlich geformte Segmente können in einem Filterelement kombiniert sein. Beispielsweise können Dreiecke zur Nachbildung eines kreisförmigen Filterelements mit ihren jeweiligen Spitzen um eine zentrale Achse gruppiert werden, um ein Filterelement in Form eines Vielecks zu bilden, oder Sechsecke können zur Bildung einer Wabenstruktur kombiniert werden. Die Form der Segmente kann auf die Obskurationsbedingungen am Einsatzort bzw. auf das optische System, in dem das Filterelement eingesetzt wird, abgestimmt werden.
Die Segmente können so ausgebildet sein, dass an den Segmentrahmen Verbindungselemente zum gegenseitigen Verbinden vorgesehen sind, sodass die Segmente zusammen eine selbsttragende Struktur ausbilden können.
Alternativ oder zusätzlich kann ein Hauptrahmen vorgesehen sein, in dem die Segmente gehalten werden.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, für den unabhängig und selbstständig sowie in Kombination mit den anderen Aspekten der vorliegenden Erfindung Schutz begehrt wird, können Filterelemente mit einer Membran aus einer dünnen Folie ein oder mehrere Versteifungselemente umfassen, die in der Folie integriert oder beidseitig der Folie angeordnet sind. Durch entsprechende Versteifungselemente kann ebenfalls bewirkt werden, dass die Gefahr einer Beschädigung oder Zerstörung von Filterelementen mit dünner Membran reduziert wird.
Die Versteifungselemente können beispielsweise durch Stäbe, Drähte, Gitter oder Drahtgeflechte gebildet sein, die beidseitig der Folie angeordnet werden oder während des Herstellungsprozesses der Membran in diese integriert werden können. Die Integration kann durch Einbetten oder einstückiges Ausbilden der entsprechenden Versteifungselemente, wie zum Beispiel durch integrale Ausbildung von entsprechenden Rippen- oder Gitterstrukturen, erfolgen.
Die Versteifungselemente können folglich sowohl aus einem Material gebildet werden, welches zumindest teilweise identisch dem Material der Membran ist oder zum Material der Membran unterschiedlich ist. So können beispielsweise Stäbe oder Drähte aus einem anderen Material als dem Folienmaterial bei der Herstellung eingebettet werden, wobei die eingebetteten Versteifungselemente aus einer Werkstoffkombination bestehen können die teilweise das Material der Folienmembran umfasst, um eine vorteilhafte Einbindung in die Membran zu ermöglichen.
Auch bei einer Anordnung der Versteifungselemente beidseitig der Folie kann es vorteilhaft sein die Versteifungselemente mit dem gleichen Material wie die Membranfolie zu fertigen, um beispielsweise unterschiedliche Wärmeausdehnungen zu vermeiden.
Bei beidseitig der Folie angeordneten Versteifungselementen können diese einander gegenüber liegend oder versetzt zueinander angeordnet sein. Beispielsweise können die Versteifungselemente abwechselnd auf der einen oder der anderen Seite der Folie angeordnet sein.
Bei der integralen Ausbildung der Versteifungselemente in der Membran kann dies durch die Formgebung der Membran verwirklicht werden, wobei die Versteifungselemente insbesondere so ausgebildet sein können, dass sich in einer Richtung quer zu der Membranebene, in der sich die Membran im Wesentlichen erstreckt, eine Verstärkung ergibt, um so Biegebeanspruchungen um Drehachsen, die in der Membranebene liegen, besser aufnehmen zu können. Dies kann durch Faltung der Membran, Ausbildung von Sicken oder Wellen sowie allgemein der Aufbringung von Prägungen oder der Ausbildung von versetzten Bereichen oder Stegen realisiert werden.
Bei einem Filterelement mit einer dünnen Membranfolie wird die Membran üblicherweise in einem Rahmen gehalten und die Versteifungselemente können entsprechend von einem Rahmenteil zum anderen Rahmenteil vorgesehen sein. Darüber hinaus ist es auch denkbar, dass die Versteifungselemente zwischen zwei anderen Versteifungselementen angeordnet sind oder von einem Rahmenteil bis zu einem anderen Versteifungselement verlaufen.
Die Versteifungselemente können in Mustern, Gittern, gitterartigen Strukturen oder Netzwerken angeordnet sein und insbesondere Strukturen, wie Dreiecke, Vierecke, Fünfecke, Sechsecke, Sternstrukturen mit radial vom Zentrum verlaufenden Versteifungselementen und dergleichen bilden. Auch hier kann die Anordnung der Versteifungselemente auf die Obskurationsbedingungen des optischen Systems, in dem das Filterelement eingesetzt wird, abgestimmt werden.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die beigefügten Zeichnungen zeigen in rein schematischer Weise in
1 eine Darstellung einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage;
2 eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform eines Filterelements;
3 eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform eines Filterelements;
4 eine seitliche Querschnittsansicht des Filterelements aus 3;
5 eine Draufsicht auf ein Filterelement mit zwei unterschiedlichen Ausgestaltungen;
6 eine teilweise Querschnittsansicht durch eine weitere Ausführungsform eines Filterelements;
7 eine teilweise Querschnittsansicht durch eine Ausführungsform eines Filterelements;
8 eine teilweise Querschnittsansicht eines Filterelements;
9 eine teilweise Querschnittsansicht eines weiteren Filterelements; 10 eine teilweise Querschnittsansicht eines weiteren Filterelements;
11 bis 13 Draufsichten auf Teilabschnitte von Membranfolien; und in 14 eine Draufsicht auf ein aus verschiedenen Filterelementen kombiniertes Filterelement mit Darstellung des Aufbaus.
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Weitere Vorteile, Kennzeichen und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen deutlich. Die Erfindung ist aber nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt.
Die 1 zeigt eine Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Projektionsbelichtungsanlage 1 mit einer Beleuchtungsoptik 3 und einer Projektionsoptik 5. Die Beleuchtungsoptik 3 umfasst dabei ein erstes optisches Element 7 mit einer Mehrzahl von reflektiven ersten Facettenelementen 9 und ein zweites optisches Element 11 mit einer Mehrzahl von zweiten reflektiven Facettenelementen 13. Im Lichtweg nach dem zweiten optischen Element 11 sind ein erster Teleskopspiegel 15 und ein zweiter Teleskopspiegel 17 angeordnet, die beide unter senkrechtem Einfall betrieben werden, d. h. die Strahlung trifft unter einem Einfallswinkel zwischen 0° und 45° auf beide Spiegel. Unter dem Einfallswinkel wird dabei der Winkel zwischen einfallender Strahlung und der Normalen zur reflektiven optischen Fläche verstanden. Nachfolgend im Strahlengang ist ein Umlenkspiegel 19 angeordnet, der die auf ihn treffende Strahlung auf das Objektfeld 21 in der Objektebene 23 lenkt. Der Umlenkspiegel 19 wird unter streifendem Einfall betrieben, d. h. die Strahlung trifft unter einem Einfallswinkel zwischen 45° und 90° auf den Spiegel.
Am Ort des Objektfeldes 21 ist eine reflektive strukturtragende Maske angeordnet, die mit Hilfe der Projektionsoptik 5 in die Bildebene 25 abgebildet wird. Die Projektionsoptik 5 umfasst sechs Spiegel 27, 29, 31, 33, 35 und 37. Alle sechs Spiegel der Projektionsoptik 5 weisen jeweils eine reflektive optische Fläche auf, die entlang einer um die optische Achse 39 rotationssymmetrischen Fläche verläuft.
Die Projektionsbelichtungsanlage nach 1 umfasst ferner eine Lichtquelleneinheit 43, die Strahlung auf das erste optische Element 7 lenkt. Die Lichtquelleneinheit 43 umfasst dabei ein Quellpalasma 45 und einen Kollektorspiegel 47. Die Lichtquelleneinheit 43 kann in verschiedenen Ausführungsformen ausgebildet sein. Dargestellt ist eine Laserplasmaquelle (LPP Laser Pulsed Plasma). Bei diesem Quelltyp wird ein eng begrenztes Quellplasma 45 erzeugt, indem ein kleines Materialtröpfchen mit einem Tröpfchengenerator 49 hergestellt wird und an einen vorbestimmten Ort verbracht wird. Dort wird das Materialtröpfchen mit einem hochenergetischen Laser 51 bestrahlt, so dass das Material in einen Plasmazustand übergeht und Strahlung im Wellenlängenbereich von 5 nm bis 15 nm emittiert. Der Laser 51 kann dabei so angeordnet sein, dass die Laserstrahlung durch eine Öffnung 53 in dem Kollektorspiegel fällt, bevor sie auf das Materialtröpfchen trifft. Als Laser 51 kommt z. B. ein Infrarotlaser mit der Wellenlänge 10 μm zum Einsatz. Alternativ kann die Lichtquelleneinheit 43 auch als eine Entladungsquelle ausgebildet sein, bei der das Quellplasma 45 mit Hilfe einer Entladung erzeugt wird. In beiden Fällen tritt neben der gewünschten Strahlung mit einer ersten Wellenlänge im Wellenlängenbereich von 5 nm bis 15 nm, die vom Quellplasma emittiert wird, auch Strahlung mit einer zweiten, unerwünschten Wellenlänge auf. Hierbei handelt es sich z. B. um vom Quellplasma emittierte Strahlung außerhalb des gewünschten Wellenlängenbereiches von 5 nm bis 15 nm oder insbesondere bei der Verwendung einer Laserplasmaquelle um Laserstrahlung, die vom Quellplasma reflektiert wurde. Damit liegt die zweite Wellenlänge typischerweise im Infrarotbereich mit einer Wellenlänge von 0,78 μm bis 1000 μm, insbesondere im Bereich von 3 μm bis 50 μm. Beim Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage mit einer Laserplasmaquelle entspricht die zweite Wellenlänge insbesondere der Wellenlänge des zur Erzeugung des Quellplasmas 45 verwendeten Lasers 51. Beim Einsatz eines CO₂ Lasers ist dies z. B. die Wellenlänge 10,6 μm.
Die Strahlung mit der zweiten Wellenlänge kann nicht zur Abbildung der strukturtragenden Maske am Ort des Objektfeldes 21 verwendet werden, da die Wellenlänge zur Abbildung der Maskenstrukturen im Nanometer-Bereich zu groß ist. Die Strahlung mit der zweiten Wellenlänge führt daher insbesondere im Wellenlängenbereich von 100 nm bis 300 nm (DUV deep ultraviolet) zu einer unerwünschten Untergrundhelligkeit in der Bildebene 25. Weiterhin führt die Strahlung der zweiten Wellenlänge insbesondere im Infrarotbereich zu einer Erwärmung der optischen Elemente der Beleuchtungsoptik und der Projektionsoptik. Aus diesen beiden Gründen ist erfindungsgemäß ein Filterelement 55 zur Unterdrückung von Strahlung mit der zweiten Wellenlänge vorgesehen.
Das Filterelement 55 ist im Strahlengang zwischen der Lichtquelleneinheit 43 und dem ersten reflektiven optischen Element 7 der Beleuchtungsoptik 3 angeordnet. Auf diese Weise wird die Strahlung der zweiten Wellenlänge so frühzeitig wie möglich unterdrückt. Alternativ kann das Filterelement 55 auch an anderen Positionen im Strahlengang angeordnet sein. Das Filterelement kann eine Folie mit einer Dicke von weniger als 500 nm umfassen, wobei Material und Dicke der Folie derart ausgeführt sind, dass die Folie einen Anteil von mindestens 90% der Strahlung der zweiten Wellenlänge absorbiert und ein Anteil von 70% der Strahlung der ersten Wellenlänge transmittiert.
Die nun so spektral bereinigte Strahlung beleuchtet das erste reflektive optische Element 7. Der Kollektorspiegel 49 und die ersten reflektiven Facettenelemente 9 haben eine derartige optische Wirkung, dass sich Bilder des Quellplasmas 45 an den Orten der zweiten reflektiven Facettenelemente 13 des zweiten optischen Elements 11 ergeben. Hierzu werden einerseits die Brennweite des Kollektorspiegels 49 und der ersten Facettenelemente 9 entsprechend der räumlichen Abstände gewählt. Dies geschieht z. B. in dem die reflektiven optischen Flächen der ersten reflektiven Facettenelemente 9 mit geeigneten Krümmungen versehen werden. Andererseits weisen die ersten reflektiven Facettenelemente 9 eine reflektive optische Fläche auf mit einem Normalenvektor, dessen Richtung die Orientierung der reflektiven optischen Fläche im Raum festlegt, wobei die Normalenvektoren der reflektiven Flächen der ersten Facettenelemente 9 derart orientiert sind, dass die von einem ersten Facettenelement 9 reflektierte Strahlung auf ein zugeordnetes zweites reflektives Facettenelement 13 trifft. Das zweite reflektive Facettenelement 11 ist in einer Pupillenebene der Beleuchtungsoptik 3 angeordnet, die mit Hilfe der Spiegel 15, 17 und 19 auf die Austrittspupillenebene abgebildet wird. Dabei entspricht die Austrittspupillenebene der Beleuchtungsoptik 3 gerade der Eintrittspupillenebene 57 der Projektionsoptik 5. Somit liegt das zweite optische Element 11 in einer Ebene, die optisch konjugiert zur Eintrittspupillenebene 57 der Projektionsoptik 5 ist. Aus diesem Grund steht die Intensitätsverteilung der Strahlung auf dem zweiten optischen Element 11 in einem einfachen Zusammenhang zur winkelabhängigen Intensitätsverteilung der Strahlung im Bereich des Objektfeldes 21. Dabei ist die Eintrittspupillenebene der Projektionsoptik 5 definiert als die Ebene senkrecht zur optischen Achse 39, in der der Hauptstrahl 59 zum Mittelpunkt des Objektfeldes 21 die optische Achse 39 schneidet.
Die Aufgabe der zweiten Facettenelemente 13 und der nachfolgenden Optik, die die Spiegel 15, 17 und 19 umfasst, ist es die ersten Facettenelemente 9 überlagernd auf das Objektfeld 21 abzubilden. Dabei versteht man unter überlagernder Abbildung, dass Bilder der ersten reflektiven Facettenelemente 9 in der Objektebene entstehen und dort zumindest teilweise überlappen. Hierzu weisen die zweiten reflektiven Facettenelemente 13 eine reflektive optische Fläche mit einem Normalenvektor auf, dessen Richtung die Orientierung der reflektiven optischen Fläche im Raum festlegt. Für jedes zweite Facettenelement 13 ist die Richtung des Normalenvektors so gewählt, dass das ihm zugeordnete erste Facettenelement 9 auf das Objektfeld 21 in der Objektebene 23 abgebildet wird. Da die ersten Facettenelemente 9 auf das Objektfeld 21 abgebildet werden, entspricht die Form des ausgeleuchteten Objektfeldes 21 der äußeren Form der ersten Facettenelemente 9. Die äußere Form der ersten Facettenelemente 9 wird daher üblicherweise derart bogenförmig gewählt, dass die langen Berandungslinien des ausgeleuchteten Objektfeldes 21 im Wesentlichen kreisbogenförmig um die optische Achse 39 der Projektionsoptik 5 verlaufen.
Die 2 zeigt eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Filterelements 55, das in der Projektionsbelichtungsanlage, wie sie in 1 dargestellt ist, eingesetzt werden kann. Das Filterelement 55 umfasst einen kreisförmigen Rahmen 60, in dem eine kreisrunde Membran 61 aufgenommen ist, die durch eine Folie gebildet ist. Durch die Folie wird eine spektrale Filterwirkung erreicht, die einen Anteil von 90% der Strahlung der zweiten Wellenlänge absorbiert und einen Anteil von mindestens 70% der Strahlung der ersten Wellenlänge transmittiert. Als Folie kann z. B. eine Zirkonfolie mit einer Dicke von 200 nm verwendet werden. Zur Verstärkung der mechanischen Stabilität des Filterelements sind in der Ausführungsform nach 2 Versteifungselemente 63 vorgesehen, die die dünne Folie stabilisieren. Die Versteifungselemente sind im gezeigten Ausführungsbeispiel als Stäbe ausgebildet, die gekreuzt angeordnet sind.
Die 3 und 4 zeigen verschiedene Ansichten einer weiteren Ausführung eines Filterelements 155. Die 3 zeigt eine Draufsicht auf das Filterelement 155 in Lichtrichtung. Die zentrale Achse schneidet das Filterelement in diesem Fall am Durchstoßpunkt 173. Die zentrale Achse ist in dieser Ausführungsform senkrecht zum Filterelement angeordnet und verläuft im Wesentlichen in Richtung einer mittleren Lichtrichtung am Ort des Filterelements. Das Filterelement umfasst Versteifungselemente 163, die radial zur zentralen Achse verlaufen. Neben der mechanischen Stabilisierung sind die Versteifungselemente 163 weiterhin als Wärmeleiter zur Kühlung des Filterelementes ausgeführt. Hierzu sind die Versteifungselemente zum Beispiel aus geeignetem Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit gefertigt oder auch als Hohlstäbe ausgeführt, die mit einer Flüssigkeit zum Wärmetransport gefüllt sind.
Weiterhin umfasst das Filterelement 155 einen Außenring 175 der als Rahmenelement zur Aufnahme der Folienmembran 161 und ebenfalls zur mechanischen Stabilisierung des Filterelementes sowie zum Abstrahlen der aufgenommenen Wärme dient. Das Filterelement 155 umfasst ferner eine zentrale Haltevorrichtung 177.
In 4 ist ein Schnitt durch das Filterelement 155 aus 3 dargestellt, wobei die Schnittebene dabei so gewählt wurde, dass sie die zentrale Achse 179 enthält. Das Filterelement 155 ist am Ort des Durchstoßpunktes 173 der zentralen Achse 179 mit der Folienmembran 161 mit einer Welle 181 zur Drehung des Filterelementes verbunden, um durch eine Drehung des Filterelements um die zentrale Achse eine Mittelung der Abschattungseffekte durch die Versteifungselemente 163 zu ermöglichen. Die Welle ist hierzu mit einer Antriebseinheit 180 verbunden, um das Filterelement 155 drehend anzutreiben. Die Drehbewegung kann kontinuierlich oder schrittweise in eine Drehrichtung oder oszillierend mit abwechselnder Drehrichtung erfolgen.
Dabei erstreckt sich die Welle 181 entlang der zentralen Achse 179. Die Welle 181 ist dabei als ein Hohlkörper ausgeführt durch den eine Kühlflüssigkeit geleitet werden kann, um das Filterelement zu kühlen. Die 4 zeigt, dass die Welle zwei Kammern 183 umfasst, so dass durch die eine Kammer eine Kühlflüssigkeit zum Filterelement hingeleitet werden kann und durch die andere Kammer die Kühlflüssigkeit vom Filterelement weggeleitet werden kann. Hierzu sind die beiden Kammern im Bereich des Durchstoßpunktes 173 miteinander verbunden.
Die 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Filterelements 200, bei dem verschiedene Versteifungselemente verwirklicht sind. Bei dem Filterelement 200 der 5 handelt es sich ähnlich der Ausführungsform der 2 und 3 um ein kreisrundes Filterelement, bei dem jedoch Versteifungselemente mit anderen geometrischen Formen vorgesehen sind. So ist in der oberen Hälfte des exemplarisch dargestellten Filterelements 200 eine Anordnung von Versteifungselementen 201, 203 mit senkrecht zueinander angeordneten Stäben 201, 203 dargestellt, die zusammen rechteckige Strukturen ergeben, die angepasst an die kreisrunde Form des Elements 200 beidseits der Folienmembran des Filterelementes 200 angeordnet sind, um die Filtermembran zu stützen und ihren Bewegungsraum zu begrenzen, um so einer Beschädigung der Folienmembran entgegenzuwirken.
In der unteren Hälfte des Filterelements 200 ist eine andere Gestaltung der Anordnung der Versteifungselemente dargestellt, wobei radial zum Zentrum verlaufende Stäbe 204 vorgesehen sind, die an ihren Enden mit Querstäben 202 zu Dreiecksstrukturen verbunden sind. Auch hier bewirkt die beidseitige Anordnung der Versteifungselemente 202, 204 auf beiden Seiten der Folienmembran, dass die Membran vor Beschädigungen geschützt wird.
Die 6 und 7 zeigen teilweise Querschnitte durch Filterelemente mit Folienmembranen gemäß weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. In 6 ist ein teilweiser Querschnitt durch ein Filterelement 250 dargestellt, welches eine Folienmembran 251 aufweist. Die Folienmembran 251 ist beidseits durch Stäbe 252, 253 gestützt, wobei die Stäbe 252, 253 abwechselnd an der Oberseite und der Unterseite der Folienmembran 251 angeordnet sind.
Die 7 zeigt eine weitere Möglichkeit zur Anordnung von Versteifungselementen. Das in der 7 gezeigte Filterelement 260, von dem wiederum nur ein Teilausschnitt im Querschnitt durch die Folienmembran dargestellt ist, weist eine Membran 261 auf, die durch Stäbe 262, 263 gestützt wird, die auf beiden Seiten der Membran 261 angeordnet sind und einander gegenüber liegen.
Wie beim Ausführungsbeispiel der 6 ist auch beim Ausführungsbeispiel der 7 die Membran 261 frei beweglich zwischen den Versteifungselementen in Form der Stäbe 262, 263 gehalten, so dass durch die Versteifungselemente keine Spannungen in die Membran eingebracht werden. Allerdings bewirken die Versteifungselemente in Form der Stäbe 262, 263, dass die Membran 261 beispielsweise bei stoßartigen Belastungen keine stärkeren Auslenkungen erfahren kann, wie dies mit der gestrichelten Line 264 dargestellt ist. Bei derartigen Verformungen der Membran 261 besteht nämlich die Gefahr, dass die Membran beschädigt wird und reißt, so dass einerseits die Membran 261 bzw. das Filterelement 260 ihre Funktion als Filterelement nicht mehr erfüllen können und andererseits durch die Schädigung verursacht wird, dass unerwünschte Partikel in das optische System der Projektionsbelichtungsanlage eingebracht werden.
Neben der Anordnung von zusätzlichen Versteifungselementen außerhalb und beidseits der entsprechenden Membranfolie kann eine Verstärkung der Membranfolie auch durch integrierte Versteifungselemente bewirkt werden.
Neben der Anordnung von Versteifungselementen, wie beispielsweise den in den 6 und 7 dargestellten Stäben innerhalb der Membran als Teil der Membran (nicht gezeigt) kann die Membran auch so geformt werden, dass durch die Formgebung eine Verstärkungswirkung erzielt wird. Dies ist in den Ausführungsbeispielen der 8 und 9 gezeigt.
Bei dem Filterelement 270 der 8 ist die Membran so aufgebaut, dass die Membran in verschiedene Bereiche 272, 273 unterteilt ist, die in einer Richtung quer zur Membranebene versetzt zueinander angeordnet sind, so dass an den Verbindungsstellen der versetzt zueinander angeordneten Bereiche 272, 273 die Membranfolie stärker dimensioniert ist, so dass insbesondere Durchbiegungen der Membranfolie um Drehachsen, die innerhalb der Ebene der Membranfolie angeordnet sind, erschwert und damit vermieden werden.
Beim Ausführungsbeispiel der 8 ist ein Querschnitt durch eine entsprechende Membranfolie gezeigt. Die Membranfolie besitzt eine gegenüber der Dicke sehr viel größere Ausdehnung in Längs- und Breitenrichtung. Im Querschnitt ist die Dickenrichtung sowie ein Teil einer Erstreckung in Längs- oder Breitenrichtung zu sehen. Obwohl die Membran mit in Dickenrichtung gegeneinander versetzten Bereich 272, 273 ausgebildet ist, erstreckt sich die Membranfolie im Wesentlichen entlang oder parallel einer Membranebene 274, die mit einer gestrichelten Linie in 8 dargestellt ist. Die Dickenrichtung ist senkrecht zu der Membranebene 274. Wie sich unmittelbar aus der 8 ergibt, sind die zueinander versetzten Bereiche 272, 273 in ihrer Dicke in etwa gleich ausgebildet, jedoch an den Verbindungsstellen 271 versetzt gegenüber der Membranebene 274 angeordnet, sodass in der Verbindungsstelle eine sehr viel größere Dicke entsteht, die eine Durchbiegung um eine Drehachse, die in der Membranebene 274 angeordnet ist, erschwert bzw. verhindert.
Nach einem anderen Prinzip ist das Filterelement 280 der 9 aufgebaut, bei welchem die Membranfolie Versteifungselemente in Form von Faltungen aufweist, also die Membranfolie im Querschnitt eine Form aufweist, in der die Membranfolie aus der Membranebene 284 in Dickenrichtung heraus geführt wird, anschließend um 180° gefaltet und in der entgegengesetzten Richtung wiederum über die Membranebene 284 herausgeführt wird, um schließlich in umgekehrter Richtung wieder gefaltet und in die Membranebene 284 zurückgeführt zu werden. Dadurch ergibt sich an der Faltung 281 ebenfalls eine Erstreckung der Membranfolie in Dickenrichtung, die größer ist, als die Dicke der Membranfolie im übrigen Bereich, so dass sich auch hier wiederum eine entsprechende Verstärkung der Membranfolie ergibt.
Die 10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für den Aufbau eines Filterelements 290 bzw. einer entsprechenden Membranfolie. In der Membranfolie des Ausführungsbeispiels nach 10 sind Versteifungselemente 291 in Form von Stäben eingelagert, die beispielsweise beim Aufwachsen einer entsprechenden Membranfolie in die Membranfolie einwachsen können. Wird beispielsweise die Membranfolie aus Zirkon gebildet, so kann das Zirkon durch entsprechende Abscheideverfahren, wie beispielsweise physikalische Dampfphasenabscheidung (PVD physical vapour deposition) abgeschieden werden. Die Stäbe 291 können während der Abscheidung bzw. in einem Zwischenschritt angeordnet werden, also beispielsweise nach der Abscheidung einer ersten dünnen Schicht auf dieser ersten Schicht angeordnet werden und dann bei der nachfolgenden Abscheidung des Folienmaterials in die Folienmembran einwachsen.
Die Versteifungselemente 291 können dabei als durchgehende Stäbe ausgebildet sein, die sich über nahezu die gesamte Folienmembran erstrecken, also beispielsweise von einem Rahmenteil zum anderen verlaufen, oder die Versteifungselemente können als kleine Partikel, beispielsweise in Form von kleinen länglichen Partikeln eingelagert sein, die wahllos über die Membranfolie verteilt sind.
Werden für die eingelagerten Versteifungselemente magnetische oder magnetisierbare Materialien, wie beispielsweise Ferrite genutzt, so können die Versteifungselemente eine zusätzliche Funktion erfüllen, nämlich einen Verschmutzungsschutz ausbilden. Geht man nämlich davon aus, dass die Membranfolie trotz der Versteifungselemente während des Betriebs zerstört werden kann, so kann bei eingelagerten magnetischen Materialien in der Nähe der Membran ein Magnet angeordnet werden, der die bei einer Zerstörung der Membranfolie herumfliegenden Membranteile aufgrund der magnetischen Wechselwirkung anzieht und somit vermeidet, dass diese Teile der zerstörten Membranfolie unkontrolliert im Gehäuse der Projektionsbelichtungsanlage verteilt werden.
Die 11 bis 13 zeigen verschiedene Beispiele, wie Membranen 300, 310 und 320 durch entsprechende Prägungen verstärkt werden können.
Bei der Ausführungsform der 11 weist die Membranfolie 300 gegeneinander versetzte Reihen bzw. Spalten mit abwechselnden Erhöhungen 301 und Vertiefungen 302 auf, so dass sich aufgrund der nahezu rechteckigen bzw. quadratischen Form der Erhöhungen 301 und Vertiefungen 302 eine Art Schachbrettmuster ergibt.
Bei der Ausführungsform der 12 sind ebenfalls Reihen und Spalten vorgesehen, die wiederum regelmäßig angeordnete Sicken 311, 312 aufweisen, die ebenfalls zu einer Verstärkung der Filtermembran führen.
Im Ausführungsbeispiel der 13 sind Vertiefungen 321 in der Membranfolie 320 in Form von Sechsecken vorgesehen, die ebenfalls in einem regelmäßigen Muster angeordnet sind.
Die 14 zeigt weitere Ausführungsbeispiele von Filterelementen, wobei die verschiedenen Filterelemente als Teile eines Filterelements dargestellt sind.
Die in 14 dargestellten Filterelemente 330, 340 und 350 sind jeweils durch eine Vielzahl von Segmenten 331, 341, 351 aufgebaut, die miteinander kombiniert jeweils die partiell dargestellten Filterelemente 330 bzw. 340 oder 350 bilden. Im Fall des Filterelements 330 ist das Filterelement aus rechteckigen Segmenten 331 ausgebildet, welche jeweils einen Segmentrahmen 332 und eine Segmentfolienmembran 333 aufweisen. Die Segmente 331 sind lösbar zu dem kompletten Filterelement 330 zusammensetzbar und können entweder durch entsprechende Verbindungselemente an ihren Rahmen 332 und/oder einen gemeinsamen Tragrahmen (nicht gezeigt) gehalten werden.
Das Filterelement 340 das im rechten unteren Teil des Bildes der 14 dargestellt ist, ist aus dreieckigen Segmenten 341 aufgebaut, die jeweils einen dreieckigen Rahmen 342 umfassen, in dem jeweils die Segmentfolienmembran 343 angeordnet ist.
Beim Filterelement 350 sind die Filtersegmente 351 als Sechsecke mit sechseckigem Rahmen 352 und sechseckiger Segmentfolienmembran 353 ausgebildet.
Durch die Verkleinerung der Membran auf einzelne Segmente, wird deren Stabilität erhöht und gleichzeitig wird der Vorteil erzielt, dass die einzelnen Segmente unabhängig voneinander ausgetauscht werden können, sodass im Fall einer Beschädigung eines einzelnen Segments nicht das gesamte Filterelement getauscht werden muss, sondern nur einzelne Segmente.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben worden ist, ist für den Fachmann selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern dass vielmehr Abwandlungen in der Weise möglich sind, dass einzelne Merkmale weggelassen oder andersartige Kombinationen von Merkmalen vorgenommen werden, solange der Umfang der beigefügten Ansprüche nicht verlassen wird. Insbesondere umfasst die vorliegende Offenbarung sämtliche Kombinationen aller vorgestellter Einzelmerkmale.

Claims

Filterelement für eine Projektionsbelichtungsanlage mit einer Membran aus einer dünnen Folie, die Licht eines bestimmten Wellenlängenbereichs durchlässt und ansonsten eine physikalische Sperrfunktion bereitstellt, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (330, 340, 350) aus mehreren Segmenten (331, 341, 351) aufgebaut ist, wobei jedes Segment einen Segmentrahmen aufweist, in dem eine Membran eines Segments gehalten ist, und wobei die Segmente untereinander lösbar verbunden sind.
Filterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (331, 341, 351) eine Form aufweisen, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die Dreiecke, Vierecke, Fünfecke, Sechsecke und Achtecke umfasst.
Filterelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (331, 341, 351) in einem Hauptrahmen gehalten sind.
Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie ein oder mehrere Versteifungselemente (63, 163, 201, 202, 203, 204, 252, 253, 262, 263, 281, 301, 302, 311, 312, 321) umfasst, die in der Folie integriert oder beidseitig der Folie angeordnet sind.
Filterelement für eine Projektionsbelichtungsanlage mit einer Membran aus einer dünnen Folie, die Licht eines bestimmten Wellenlängenbereichs durchlässt und ansonsten eine physikalische Sperrfunktion bereitstellt, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie ein oder mehrere Versteifungselemente (63, 163, 201, 202, 203, 204, 252, 253, 262, 263, 281, 301, 302, 311, 312, 321) umfasst, die in der Folie integriert oder beidseitig der Folie angeordnet sind.
Filterelement nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifungselemente (63, 163, 201, 202, 203, 204, 252, 253, 262, 263) durch in der Folie integrierte oder beidseitig der Folie angeordnete Elemente aus der Gruppe gebildet sind, die Stäbe, Drähte, Gitter und Drahtgeflechte umfasst.
Filterelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifungselemente (63, 163, 201, 202, 203, 204, 252, 253, 262, 263, 281, 301, 302, 311, 312, 321) aus einem zum Material der Membran zumindest teilweise identischen Material oder einem zur Membran unterschiedlichen Material gebildet sind.
Filterelement nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beidseitig der Folie angeordneten Versteifungselemente (63, 163, 201, 202, 203, 204, 252, 253, 262, 263) gegenüber liegend oder versetzt zueinander angeordnet sind.
Filterelement nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beidseitig der Folie angeordneten Versteifungselemente abwechselnd auf der einen und der anderen Seite der Folie angeordnet sind.
Filterelement nach einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifungselemente (281, 301, 302, 311, 312, 321) durch eine Formgebung der Membran verwirklicht sind, wobei die Membran sich im Wesentlichen entlang oder parallel zu einer Ebene erstreckt und die Form der Membran zur Ausbildung der Versteifungselemente so ausgebildet ist, dass in einer Richtung quer zur zu dieser Ebene die Erstreckung der Membran zur Ausbildung der Versteifungselemente größer ist als in Bereichen außerhalb der Versteifungselemente.
Filterelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifungselemente (281, 301, 302, 311, 312, 321) aus der Gruppe ausgewählt sind, die Faltungen, Sicken, Wellen, Prägungen, versetzte Bereiche und Stege umfassen.
Filterelement nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran in einem Rahmen gehalten ist und das oder die Versteifungselemente sich von einem Rahmenteil zu einem anderen Rahmenteil oder einem anderen Versteifungselement über das Filterelement erstrecken.
Filterelement nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifungselemente in einer Form ausgebildet sind, die mindestens einer Komponente der Gruppe entspricht, die Muster, Gitter, gitterartige Strukturen und Netzwerke umfasst.
Filterelement nach einem der Ansprüche 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifungselemente zumindest als Teil einer Struktur ausgebildet sind, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die Dreiecke, Vierecke, Fünfecke, Sechsecke und Sternstrukturen mit radial von einem Zentrum verlaufenden Versteifungselementen umfasst.
Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie eine Dicke kleiner oder gleich 500 nm oder kleiner oder gleich 300 nm aufweist.
Projektionsbelichtungsanlage mit einem Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement bezüglich der Anordnung und/oder Form von Versteifungselementen und/oder von Segmenten auf die Obskurationsbedingungen der Projektionsbelichtungsanlage abgestimmt ist.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement magnetische oder magnetisierbare Versteifungselemente in der Membran enthält und dass in der Nähe des Filterelements ein Magnet angeordnet ist, der bei Zerstörung der Membran Membranteile magnetisch anzieht.